СПОСОБ УСТАНОВЛЕНИЯ ЦУНАМИГЕННОСТИ ПРОИСШЕДШЕГО ПОДВОДНОГО ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЯ Советский патент 1995 года по МПК G01V1/00 

Изобретение относится к сейсмологии, в частности к способу установления цунамигенности происшедшего подводного землетрясения, и может быть использовано в оперативной службе предупреждения цунами.

Цель изобретения повышение достоверности установления цунамигенности происшедшего подводного землетрясения.

Цунамигенные землетрясения могут вызвать как упругие колебания дна океана, так и его разрывные подвижки, имеющие вертикальную компоненту смещения. Наличие вертикальной компоненты смещения обусловливает генерацию волн цунами, а также эффективную генерацию гидроакустических волн в водный слой за счет образования акустического конуса Маха разрывом, движущимся со скоростью, превышающей фазовую скорость звука в воде.

Факт регистрации в водной среде звуковых волн высокочастотного диапазона в силу большого затухания этих частот в грунте (первые сотни метров) может свидетельствовать о процессах, развивающихся лишь в самой верхней части разреза дна океана.

Высокочастотные гидроакустические сигналы (с частотами 100-400 Гц), захваченные подводным звуковым каналом (ПЗК), могут проходить расстояние в несколько тысяч километров без значительного затухания, образуя высокочастотную часть Т-фазы. Совокупность указанных свойств сильное затухание в породах, слагающих ложе океана, и способность распространяться на значительные расстояния в ПЗК приводит к тому, что гидроакустические волны с частотами 100-400 Гц являются независимым источником информации о цунамигенности происшедшего подводного землетрясения.

Критерием принятия решения о цунамигенности происшедшего подводного землетрясения может служить сам факт регистрации колебаний в указанном интервале частот, понимаемый как превышение отношения интенсивности сигнала Т-фазы в диапазоне частот 100-400 Гц к полной интенсивности сигнала Т-фазы во всем диапазоне частот над средним значением этого отношения для землетрясения данного района.

По оценкам отношения частотных спектров подвижек вышедшей на поверхность дна океана и на достигшей его в зависимости от глубины очага землетрясения затухание в 1 раз частот 100-400 Гц происходит на глубинах 200-300 м, так что факт регистрации гидроакустических сигналов этого диапазона частот может свидетельствовать о выходе тектонического разрыва на основание кристаллического фундамента.

Для землетрясений с магнитудой ≈7-7,5 на частотах 100-400 Гц получены значения спектральной интенсивности в диапазо- не частот 100-400 Гц ≈ 15-1 Вт/см²/Гц. При этом затухание в дне вызвано фильтрующими свойствами упругого слоя пород, слагающих дно акватории. Для подводных землетрясений, моделируемых точечными или линейными источниками, затухание в грунте экспоненциально, тогда как затухание гидроакустического поля в водном слое от подвижки, вышедшей на поверхность дна океана, дает спад спектральной амплитуды обратно пропорционально квадрату частоты, что и в этом случае должно привести к относительному обогащению высокими частотами гидроакустических сигналов в водном слое от цунамигенных землетрясений.

В модели подводного землетрясения возможен прямой захват в ПЗК плоских ударных акустических волн, излученных бегущей подвижкой дна, если скорость вспарывания разрыва не превышает 2,0-2,3 км/с (для углов захвата в ПЗК θ ≈ 0,3), так как многие цунамигенные землетрясения, как показано, имеют скорость вспарывания разрыва такого порядка или даже несколько меньше. Для разрывов со скоростями вспарывания, превышающими указанные, а к ним также относятся все нецунамигенные землетрясения, прямой захват невозможен. Оценка доли энергии землетрясения, захваченной в ПЗК, при объемном рассеянии в водном слое, с учетом силы звукорассеивающего слоя на широтах 25-45^о с.ш. (один из цунамиопасных районов Тихоокеанского побережья) для землетрясения с магнитудой М≈ 7-8, энергией Е ≈ 10²²-10²³ эрг, силой слоя М_s+60-+80 дБ, углом захвата в ПЗК θ ≈ 0,3, частотой ω≥ 100 Гц, (β Н)^-1 ≈0,1, где β коэффициент затухания звука в грунте, Н глубина гипоцентра, дает следующее значение мощности звука
Р ≈6 ˙10¹¹-6 ˙10¹⁴ эрг/с ≈
≈ 6 ˙10⁴-6 ˙10⁷ Вт.

Таким образом, эквивалентная мощность источника, расположенного в ПЗК, составляет в диапазоне частот 100-400 Гц от 60 до 6 ˙10⁴ кВт. В 1000 км от эпицентра цунамигенного землетрясения, с учетом цилиндрического расхождения волны, она составит 2 ˙10^-8-2 ˙10^-5 Вт/см², что достаточно для уверенной регистрации высокочастотного сигнала на фоне шумов моря за исключением прибрежной зоны.

Способ реализуется следующей совокупностью действий.

На группе сейсмических станций регистрируют упругие колебания, возбуждаемые землетрясением, определяют координаты эпицентра и магнитуду землетрясения. Землетрясение считают потенциально цунамигенным, если его магнитуда превышает пороговое значение М≥ 7, а очаг частично или полностью расположен на дне океана.

Гидроакустический сигнал (Т=фаза), возникший в результате перехода сейсмической энергии в акустическую и захват ее ПЗК, измеряют с помощью гидрофонов, расположенных вблизи оси ПЗК, по кабельным линиям передают на береговые посты, где усиливают, по радиоканалу передают на сейсмические станции и регистрируют в виде, удобном для обработки. Проводят спектральный анализ гидроакустических сигналов и, при превышении сигналом фоновых величин в высокочастотном (100-400 Гц) диапазоне спектра, судят о цунамигенности происшедшего землетрясения.

Изобретение относится к сейсмологии и может быть использовано в оперативной служе предупреждения цунами. Целью его является повышение достоверности установления цунамигенности происшедшего подводного землетрясения. На группе сейсмических станций по сигналам землетрясения определяют его магнитуду и координаты эпицентра подводные землетрясения с магнитудой М ≥ 7 считают потенциально цунамигенными. В подводном звуковом канале гидрофонами регистрируют гидроакустические сигналы этого землетрясения, передают на береговые посты, усиливают и по радиоканалу транслируют на сесмические станции. Проводят спектральный анализ гидроакустических сигналов в высокочастотном (100 400 Гц) диапазоне спектра и, при превышении сигналом фоновых величин в высокочастотном (100 400 Гц) диапазоне спектра, судят о возможности генерации цунами.

СПОСОБ УСТАНОВЛЕНИЯ ЦУНАМИГЕННОСТИ ПРОИСШЕДШЕГО ПОДВОДНОГО ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЯ, включающий измерение на сейсмостанциях сигнала землетрясения, определение координат эпицентральной области и магнитуды землетрясения, запись генерируемых землетрясением гидроакустических сигналов гидрофонами, расположенными в подводном звуковом канале, передачу их на береговые станции и по радиоканалу на сейсмические станции, отличающийся тем, что, с целью повышения достоверности установления цунамигенности происшедшего подводного землетрясения, проводят спектральный анализ гидроакустических сигналов и при превышении сигналом фоновых величин в высокочастотном (100-400Гц) диапазоне спектра судят о цунамигенности происшедшего землетрясения.