способ оперативного прогнозирования землетрясений

Формула изобретения

Способ оперативного прогнозирования землетрясений, включающий измерение аномальных сигналов в геофизических полях деформационной природы прогностическими станциями, определение на основании измерений магнитуды, места и времени землетрясений, отличающийся тем, что в сейсмоактивном районе устанавливают не менее трех прогностических станций, на каждой прогностической станции измеряют длительность аномальных сигналов, по которой определяют магнитуду землетрясений, а о месте, силе и времени предстоящего землетрясения судят на основании выполненных измерений исходя из соотношений



r_o 10^0,5M_+0,935;

Rⁱ_г=r_oexp[(1-_i/T)C/3],

где d максимальное расстояние между станциями, на которых зарегистрирован аномальный сигнал, м;

Т время развития неупругих деформаций в очаге, с;

Т 8 ч;

М магнитуда землетрясения;

Rⁱ_г гипоцентральное расстояние по каждому пункту наблюдения, м;

₁- длительность аномального сигнала на каждой станции, с;

r_o характерный размер очаговой зоны, м;

С const 13,8.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к геофизике и предназначено для использования в службе прогнозирования землетрясений краткосрочного (сутки) и оперативного (часы) масштаба времени.

Известно появление аномальных возмущений в измерениях вариометра сопротивления , электротеллурических потенциалов (ЭТП), электромагнитных излучений (ЭМИ), атмосферных электрических параметров (АЭП), акустической эмиссии (АЭ) и других геофизических параметров того же масштаба времени в периоды предшествующие землетрясениям [1,2] Однако высокий уровень вариаций каждого из геофизических параметров, не связанный с сейсмической активностью, затрудняет предсказание землетрясений. Более того, используемые прогностические признаки не дают решения трем принципам прогноза: времени, места и силы землетрясения.

Наблюдаемые предсейсмические аномальные возмущения в r, ЭТП, ЭМИ, АЭП, АЭ и др. обусловлены активными процессами перестройки напряженно деформируемого состояния земной коры зоны подготовки за первые сутки часы до землетрясения в стадии начавшегося разрушения в процессе ползучести геоматериала в очаговой зоне. В связи с этим результаты наблюдений аномальных возмущений отдельно и в совокупности названных геофизических полей в сейсмоактивных районах могут быть использованы для целей прогноза землетрясений.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ прогноза землетрясений, основанный на измерении напряженности электромагнитного поля Земли в сейсмоактивном районе [3] Однако данный способ не позволяет определить силу готовящегося землетрясения и учесть локальные неоднородности ЭМ полей вследствие сложного, тектоно-орографического строения исследуемого района.

Сущность изобретения заключается в следующем.

На основе деформационной природы сейсмоаномальных сигналов в геофизических полях и с учетом геолого-тектонического строения региона устанавливается сеть станций на расстояниях, соответствующих магнитуде прогнозируемого землетрясения. Для каждого геофизического параметра или комплекса параметров выделяют сейсмоаномальный сигнал путем исключения вариаций, не связанных с сейсмической активностью, для чего осуществляют периодическое измерение напряженности поля, определяют разностный сигнал двух последовательных измерений, интегрируют разностный сигнал и проводят операцию нормирования разностного сигнала в последовательных измерениях, т.е. делят разностный сигнал на проинтегрированный разностный сигнал. Операция сравнения нормированного сигнала с заданным пороговым значением и реального сигнала с полезным позволяет принять решение о наличие или отсутствии предвестника землетрясения. В отличии от прототипа эта операция проводится по ряду геофизических параметров и путем сравнения для исключения шумов, присущих каждому из параметров.

По измеренной длительности аномального сигнала по сети станций определяется характерный размер зоны подготовки землетрясения, что, в свою очередь, определяет магнитуду готовящегося землетрясения из соотношения [4]



где d максимальное расстояние между станциями, на которых зарегистрирован полезный сигнал, а также характерный размер очаговой зоны [5]

r₀=10^0,5М-2,065 км. (2)

В процессе регистрации аномального сигнала измеряют его продолжительность и определяют гипоцентральные расстояния от каждой станции из соотношения [2]

Rⁱ_г = r_oexp[C/3(1-/T)] (3)

где Rⁱ_г гипоцентральное расстояние от i-й станции;

продолжительность регистрируемой аномалии на i-й станции;

Т const (8-9 ч), с=13,8.

Предлагаемый способ поясняется чертежом.

По данным, поступающим в прогностический центр, построением окружностей с радиусом R из местоположения каждой станции определяется сектор взаимного пересечения, который с ростом стягивается к эпицентру готовящегося землетрясения, определяя его координаты. На чертеже использованы обозначения:

O_i пункты наблюдения;

границы предварительного определения эпицентральной зоны;

границы последующего определения эпицентральной зоны;

R_i гипоцентральное расстояние от j-го пункта наблюдения, уменьшающееся в процессе регистрации аномального сигнала.

По определению для станций, наиболее близких к эпицентру, определяется момент землетрясения

t₃= T+t^э_м-t (4)

t_м наибольшая продолжительность предвестника, наблюдаемая на станциях, ближайших к эпицентру;

t эмпирическая ошибка измерения (до 1 ч).

Все элементы предлагаемого способа прошли экспериментальную проверку по измерениям ЭМИ на Спитакском 1988 г. Джава-Рачинском землетрясениях и пригодны при измерении электросопротивления АЭМИ, АЭ, ЭТП, АЭП.

В комплект необходимой аппаратуры входят: датчики поля, АЦП, блок преобразователей или микроЭВМ с пакетом программ, устройство постадийного оповещения. Все операции из-за оперативного масштаба времени (первые часы) проводятся в автоматическом режиме вплоть до подачи сигналов сейсмоопасности. Система строится из блоков, выпускаемой промышленностью и малыми сериями ОКВ геофизической аппаратуры.

Суть способа заключается в следующем.

В исследуемом сейсмоактивном районе в соответствии с разработанными методами проводится установка наблюдательных станций (ЭМИ, АЭ, АЭПП, ЭТП, ) и ведутся непрерывные измерения. Расстояния между станциями выбирают исходя из нижнего предела прогнозируемой магнитуды землетрясения. Для М 5, 6, 7 эти расстояния соответственно равны 150, 400, 1000 км.

По известным методам выделяют прогностический сигнал и измеряют его продолжительность. По появлению полезного сигнала на сети станций определяется пространственный масштаб проявления предвестника, зависящий и определяющий энергию (т.е. М) готовящегося события по (1) из [4]

По значению М определяют поперечный размер очаговой зоны готовящегося события по (2) из [5]

По значению М и r определяют время, оставшееся до момента землетрясения по формуле (4) из [2]

Так как длительность появления полезного сигнала зависит от удаленности от эпицентра (гипоцентра), это дает возможность определения эпицентральной зоны готовящегося землетрясения. Наличие полезного сигнала на каждой станции позволяет по формулам из [2] вычислить расстояние до будущего эпицентра R: согласно (3), которое с продолжительностью аномалии будет уменьшаться. Взаимным пересечением окружностей, проведенных из каждого пункта наблюдений, получаем сектор взаимных пересечений, который к моменту землетрясения стягивается к эпицентру готовящегося землетрясения. Т.о. в результате определения продолжительности аномального сигнала определяются магнитуда, местоположение эпицентра и момент события.

Опробование метода проводилось в эпицентральной экспедиции Института Физики Земли РАН в период натурных наблюдений на афтершоковой активности в районе г. Они Республики Грузия. Измерения ЭМИ, выполненные в трех пунктах на расстояниях до 20 км, показали принципиальную осуществимость и практическую возможность регистрации метода на имеющейся аппаратурной базе.

Основными преимуществами данного способа является определение трех признаков землетрясения: времени, места и силы, возможность использования его в различных геофизических полях деформационной природы и проведения их взаимного сравнения. При этом сеть станций, расположенных с учетом геолого-геофизического строения региона позволяет учесть локальные условия, тем самым уменьшив общее число станций и повысив точность прогноза землетрясения. Наиболее важным преимуществом метода является конкретность (с точностью до первых часов) предсказания времени землетрясения в автоматическом режиме.