Способ оперативного оповещения о землетрясениях Советский патент 1991 года по МПК G01V1/00 

СП

С

Изобретение относится к области сейсмологии и может быть использовано для оповещения особо важных объектов, таких как АЭС, химические комбинаты, высоковольтные станции и др. Цель - повышение надежности и помехоустойчивости. В качестве колебаний от землетрясений регистрируют низкочастотное электромагнитное излучение в диапазоне 0,02 - 2 Гц и электрическое поле, определяют вектор Пойнтинга, а по направлению и заданной абсолютной величине вектора Пойнтинга определяют факт регистрации сейсмического события и включают систему оповещения и защиты. При этом пункты наблюдения размещают либо непосредственно под объектом, либо на расстоянии до 1 км., а измерения проводят в скважинах ниже водоносного горизонта. 2 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к сейсмологии и может быть использовано для оповещения особо важных объектов, расположенных в эпицентральной зоне землетрясения, до прихода ударной волны.

Целью изобретения является повышение надежности и помехоустойчивости.

Способ осуществляется следующим образом.

Вблизи охраняемого объекта на расстоянии до 1 мкм размещается не менее трех пунктов наблюдения. Каждый пункт наблюдения включает в себя трехкомпонентную систему индукционных магнитных датчиков, а также трехэлектродную установку для измерения электрического поля, Датчики и эпектроды целесообразно устанавливать в скважинах или штольнях. Для всех пунктов наблюдений подбираются идентично амплитудные и фазовые характеристики датчиков. Сигналы с датчиков передаются на цен- тральный пункт обработки, который включает в селя процессор на базе быстродействующей ЭВМ, рассчитывающий в реальном масштабе времени на временном интервале до 0,5 сек, что обеспечивает оценку от 1/4 до полного периода колебаний, величину вектора Пойнтинга для каждой точки наблюдения, а также направление полученного вектора.

Сущность способа заключается в следующем.

Известно, что процесс подготовки землетрясения сопровождается изменением напряженности геомагнитного поля. В настоящее время установлено, что землетрясение сопровождается резким скачкообразным изменением низкочастото

х|

4 О

Ј

кого электромагнитного излучения, причем абсолютная величина электромагнитного излучения зависит от силы землетрясения. Скорость распространения электромагнитных волн зависит от свойств среды и опре-

с деляется из соотношения V -, где с /ь-/г

скорость света для вакуума «3 108м/с;Ј ,ц - диэлектрическая и магнитная проницаемости среды. Для реальных сред эта скоро- сть составляет первые сотни километров в секунду. Поэтому в качестве параметра колебаний от землетрясения регистрируются компоненты низкочастотного .электромагнитного излучения: переменного электро- магнитного и электрического полей. Это обеспечивает получение большего запаса времени по сравнению с сейсмическим для включения и срабатывания средств защиты.

Опытным путем установлено, что высокочастотное электромагнитное изпучение быстро затухает в среде и может быть зарегистрировано существующей аппаратурой на расстояниях не более 1-5 км от очага, сверхнизкочастотное излучение с периода- ми более 5 с, не дает выигрыша во времени, поскольку для его идентификации требуется анализ не менее чем 1/4 периода колебаний, а это уже 3-5 с. Поэтому оптимальным являются сравнительно слабозатухающие электромагнитные колебания в диапазоне 0,2-2 Гц.

Для оценки величины и направления низкочастотного электромагнитного излу- чения используется нектор Пойнтинга - вектор плотности потока „жергии электромагнитного поля, определенный как произведение векторов напряженнности магнитного и электрического поля Е

S IEt H.

Вектор Пойнтинга всегда направлен от источника, возбуждающего электромагнитные колебания. Если направление вектора совпадает с направлением на дневную по- верхность, это свидетельствует о расположении источника в земной коре, т.е. от землетрясения, поскольку другие источники низкочастотного электромагнитного из- пучения з литосфере не известны. Противоположное направление вектора свидетельствует о магиигосферном происхождении сигнала.

При этом, опытным путем установлено, что значимым принимается отклонение на- правления вектора от горизонтали, более чем на 10°.

Также установлено, что существует фоновое электромагнитное излучение лито- сферного происхождения, причиной которого является процесс возникновения

микротрещин в породе под влиянием изменения тектонических напряжений, а также приливных суточных вариаций гравитационного поля, величина фонового электромагнитного излучения изменяется в зависимости от конкретных геолого-геофизических характеристик региона и для конкретных регионов может отличаться в несколько раз. Хотя максимальная величина этого излучения существенно меньше электромагнитного сигнала, излучаемого очагом землетрясения, однако для каждого конкретного объекта требуется проведение предварительной оценки фонового излучения для определения порогового значения величины сигнала срабатывания системы оповещения. Кроме того, требуется заранее оценить уровень излучения от землетрясений, безопасных для объекта. В качестве такового принимается величина сейсмичности не более 3 баллов, что соответствует общепринятым строительным нормам для особо важных обьектов.

Таким образом, определяя абсолютную величину вектора Пойнтинга для фонового излучения и для безопасного уровня сейсмичности, определяем максимально допустимое значение вектора Пойнтинга для данного района и объекта. Сигнал тревоги формируется при превышении величины вектора Пойнтикга этого предельного значения.

Для выработки сигнала тревоги используются совпадающие показания не менее чем по двум пунктам наблюдения, что исключает ложные тревоги за счет неисправности аппаратуры или случайного электромагнитного процесса вблизи одного из пунктов наблюдения,

Для уменьшения поляризации полезного сигнала за счет влияния водоносного горизонта и исключения факторов, связанных с деятельностью человека вблизи пункта наблюдений, измерения проводят в скважинах ниже водоносного горизонта. Размещение датчиков не более 1 км, от объекта позволяет регистрировать с высокой степенью точности сейсмические события, происходящие непосредственно под объектом, незначительные по мощности, но опасные для объекта из-за близости.

Перед началом эксплуатации системы проводят определение предельно допустимого фонового значения вектора Пойнтинга. Для этого о течение месяца проводят наблюдения за фоновыми вариациями вектора Пойнгинга в диапазоне часто г 0,2-2 Гц при отсутствии землетрясений. Все вариации, связанные с направлением вектора Пойнтишэ с вертикальной составляющей,

направленной от земной поверхности, не рассматриваются (внешние источники). Одновременно опоеделяем величину вектора Пойнтинга для интенсивности не менее 3 баллов в этом районе. На основании полученных данных определяем максимально допустимое значение абсолютной величины вектора Пойнтинга как суммарное значение векторов от фоновых вариаций и сейсмического процесса.

Определенное максимально допустимое значение вектора Пойнтинга задаетсч в качестве критерия оценки опасности в процессорную систему ЭВМ. При эксплуатации системы в случае превышения величины и совпадения направления векторов с заданными (т.е. направление с нижнего полупространства ,1С°) не мемеечем подвум пунктам наблюдений система автоматически формирует сигнал о регистрации и передает его на систему оповещения и защиты.

Таким образом, способ позволяет повысить надежность и помехоустойчивость оповещения, обеспечив запас времени до прихода сейсмической волны от близких землетрясений.

Формула изобретения

охрачяемого объекта и регистрацию колебаний трехкомпонентными датчиками магнитного поля, выработку сигнала предупреждения при повышении сигналов

с датчиков колебаний заранее установленного порога, передачу сигнала предупреждения на систему защиты и оповещения, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности и помехоустойчивости, в пунктах наблюдения дополнитель0 ного регистрируют три компоненты злектрического поля, регистрацию вариаций электромагнитного поля осуществляют в диапазоне частот 0,02-2 Гц, по полученным данным устанавливают порог как абсо5 яютную величину вектора Пойнтинга для

Фоновых вариаций и для сейсмических колебаний интенсивностью не менее 3 баллов, а

сигнал предупреждения вырабатывают при

отклонении вектора Пойнтинга в не менее

0 чем в двух пунктах наблюдений от вертикали снизу на дневную поверхность не более чем 80° и при превышении величиной вектора Пойнтинга найденного порога.

до охраняемого объекта не превышает 1 км.

3.Способ по п. 1,отличающийся тем, что измерения производят в скважинах ниже водоносного горизонта.