Способ определения сейсмической опасности
Изобретение относится к геофизике и может быть использовано при прогнозе землетрясений и других катастрофических явлений. Заявлен способ определения сейсмической опасности. В заявленном решении в качестве предвестника землетрясений используется аномальная величина излучения тепловых нейтронов, а в качестве реперных параметров - величина и скорость приращения потока излучений. Способ автоматизирован. В процессе математической обработки вычисляют индекс сейсмической опасности для оперативного принятия мер безопасности. О степени опасности оповещают звуковым или световым сигналом. Технический результат: повышение достоверности получаемых результатов. 5 з.п. ф-лы, 1 ил.
Изобретение относится к области сейсмологии и может быть использовано для прогнозирования землетрясений, а также для предупреждения катастрофических последствий этого природного явления.
Анализ научно-технической и патентной документации показал, что основополагающие работы В.И.Вернадского и А.Д.Чижевского об установлении влияния солнечной активности на местные процессы, проистекающие на Земле, получили свое продолжение в дальнейших разработках ученых, в том числе и о связи сейсмичности Земли с солнечной активностью, см., например, работу авторов Шестопалова И.П. и др. "Геоэффективные солнечные вспышки и сейсмологическая активность Земли" (Известия АНРФ, "Физика Земли", 1998, № 7, с.85-90).
Особую ценность для авторов настоящего изобретения имеет книга Соболева Г.А. "Основы прогноза землетрясений" (М., Наука, 1993), в которой по данной проблеме проанализировано 270 источников русской и зарубежной специализированной литературы и большой раздел посвящен предвестникам землетрясений, которых насчитывается более тысячи.
Каждый из известных способов прогнозирования землетрясений использует в своем арсенале элементов наличие одного или более предвестников.
Так, например, в изобретении на "Способ долгосрочного прогноза землетрясений" (см. SU 1821775, G 01 V 1/00, 1993) в качестве предвестника используют изменение скоростей распространения продольных волн в каждом отдельно выделенном слое площади земной коры.
В способе прогноза по изобретению RU 2150717 (G 01 V 1/00, 3/00, 1998) в качестве предвестника используют отраженное или рассеянное поле от зондирующего электромагнитными волнами сигнала.
Авторы двух изобретений на способы прогнозирования по RU 2147755 и RU 2147756 (G 01 V 1/00, 3/00, 1998) пошли по пути расширения набора предвестников землетрясения, используя в качестве последних сверхдлинные радиоволны в первом и сверхкороткие радиоволны во втором, генерируемые очагом землетрясения.
Однако все упомянутые выше предвестники, как и те, с которыми авторы ознакомились при проведении патентных исследований, только подтвердили новизну предлагаемого изобретения, основанного на научной работе, изложенной в статье авторов Шестопалова И.П. и Рогожина Ю.А. "Новый подход к прогнозированию эпидемий и землетрясений с учетом взаимосвязей в системе "Солнце-Земля" (журнал "Авиакосмическая и экологическая медицина. 2005, т.39, № 1), подтверждающей на основе нейтронного мониторинга существование высокой корреляции между сейсмической энергией и потоками нейтронов. За несколько дней перед крупными землетрясениями увеличиваются потоки нейтронов на Земле, при этом величина этого потока связана с сейсмической энергией.
Эти выводы имеют не только фундаментальное, но и важное прикладное значение, позволяющее считать, что появление аномальных потоков излучений нейтронов на разломах Земли в сейсмически активных зонах можно охарактеризовать как возникновение нового предвестника землетрясений и посредством нейтронного мониторинга определять текущие состояния потока излучений, изменение его величины во времени на каждом из контролируемых активных участках земли, а также их суммарный эффект и по результатам измерений прогнозировать вероятность дальнейших событий. Авторами разработаны конструктивные решения устройств, обеспечивающих качественные определения параметров излучений не только на каждом контролируемом участке, но и в целом сейсмически активном районе, что обеспечит запас времени на организацию и проведение различного рода защитных и подготовительных мероприятий, направленных на снижение ущерба, наносимого внезапными землетрясениями.
Практически большинство способов прогнозирования землетрясений сводится к выбору характерного для определенного сейсмически активного района предвестника и его прогностических параметров, к слежению за их изменениями во времени, с учетом метода прогноза (долгосрочный, среднесрочный или краткосрочный) к математической обработке изменений и к определению стратегии способа прогнозирования, которая может иметь существенные отличия от уже известных стратегий.
Известные предвестники разделены на несколько групп, среди которых: сейсмические, геофизические, гидродинамические и геохимические предвестники (см. упомянутую выше книгу автора Соболева Г.А.). Аномальный поток излучений нейтронов в качестве предвестника землетрясения можно отнести к представителям геофизической совокупности. Авторы считают целесообразным в качестве прототипа изобретения выбрать (см. RU 2075096 G 01 V 1/00) способ оперативного прогнозирования землетрясений, имеющий ряд общих признаков с заявляемым способом, в том числе регистрацию параметров аномальных сигналов геофизической природы автоматизированной измерительно-информационной системой в нескольких точках сейсмически активной зоны, при этом измерительно-информационная система выполнена из блоков на базе серийно выпускаемой геофизической аппаратуры.
В известном способе выделяют прогностический сигнал, измеряют его продолжительность. По появлению полезного сигнала определяют пространственный масштаб проявления предвестника, зависящий и определяющий энергию готовящегося события. Все операции из-за оперативного масштаба времени (первые часы) проводятся в автоматическом режиме вплоть до подачи сигнала сейсмоопасности.
В предлагаемом способе при сохранении всех перечисленных выше общих признаков имеются отличительные, а именно - в качестве сигнала предвестника регистрируют величину аномального потока излучений тепловых нейтронов, в качестве прогностических параметров вычисляют также величину скорости приращения потока на каждом наблюдаемом сейсмически активном участке и сравнивают с такими же одномоментными показателями, полученными на других участках.
Путем математической обработки рассчитывают индекс сейсмической опасности, который при формировании текущего прогностического значения отражает один из трех уровней сейсмической опасности, соответствующий значениям текущих показателей.
Сопоставительный анализ признаков заявляемого и известного технических решений свидетельствует о его соответствии критерию "новизна".
Предложенный способ оперативного прогнозирования иллюстрируется графическими материалами.
На чертеже изображена блочная схема автоматизированного измерительно-информационного устройства для прогнозирования.
Суть предлагаемого способа заключается в следующем:
В исследуемом сейсмоактивном районе в местах истечения из земной поверхности газов и излучений устанавливают сеть высокочувствительных измерительно-информационных устройств (I, II......i), которые контролируют площадь охвата и всю информацию по своим индивидуальным каналам передают в Центральное обрабатывающее устройство (ЦОУ). В комплект Центрального обрабатывающего устройства входят два секционных блока 1 и 2, число секций которых равно числу измерительно-контролируемых устройств (I, II......i).
Секционный блок 1 является блоком базы данных, в каждой секции которого (Ia, IIa......ia) хранится вся информация, поступившая с блоков памяти сетевых устройств (I, II......i).
Секционный блок 2 является блоком определения величин и скоростей приращений аномальных потоков излучений нейтронов, которые в секциях (Iб, IIб......iб) определяются математической обработкой параметров, хранящихся соответственно в секциях (Ia, II......ia) блока базы данных.
Блок 3 - это блок сравнения и анализа величин и скоростей приращения потоков излучений нейтронов как раздельно по данным каждого из измерительно-контролирующих устройств, так и по групповой или общей их совокупности.
В блоке 4 формирования текущих заключений о состоянии предстоящего события обобщаются анализы и сравнения, полученные в блоках 2 и 3 и представляются в математическом или графическом виде результаты текущего прогнозирования.
Таким образом, в Центральном обрабатывающем устройстве выделяют полезный сигнал, т.е. сигнал о регистрации аномального потока излучений тепловых нейтронов в качестве предвестника землетрясения, затем выделяют прогностические параметры, а именно, величины и скорости приращений аномального потока излучений нейтронов, сравнивают текущие во времени показатели каждого устройства из сети в отдельности и комплексно, затем проводят анализ и формируют заключение о состоянии будущего события.
В процессе математической обработки производят вычисление индекса сейсмической опасности (ИСО), исходя из соотношений:
α+β=1,
где
N - поток нейтронов;
Nп - пороговый поток излучения, от значения которого начинается временной отсчет приближающейся сейсмической опасности;
- пороговая скорость приращения потока нейтронов,
- скорость приращения потока нейтронов;
α, β - коэффициенты, определяющиеся дополнительно из учета предполагаемой сейсмической активности данного региона. Значения ИСО отражают три уровня сейсмической опасности:
1-ый уровень - ИСО=0,2÷0,5, который требует повышенного контроля за сейсмической опасностью в том числе другими имеющимися средствами прогнозирования.
2-ой уровень - ИСО=0,5÷1, при котором необходима проверка и опробование средств реагирования на чрезвычайную ситуацию.
3-ий уровень - ИСО>1,5, при котором следует привести в готовность силы реагирования на чрезвычайную ситуацию.
При формировании заключения о сейсмической опасности не только вводят информацию в прогностическое заключение, но и подают звуковой и/или световой сигнал (см. чертеж). На каждом сетевом устройстве для регистрации нейтронного излучения (I, II,...i) эту функцию выполняет блок 5, а на Центральном обрабатывающем устройстве (ЦОУ) - блок 6. За этим следует оперативное принятие соответствующих мер защиты.
1. Способ определения сейсмической опасности, включающий измерение в сейсмоактивной зоне сетью измерительно-информационных устройств сигналов геофизической природы, используемых в качестве предвестника землетрясений, математическую обработку и анализ результатов измерений для суждения о сейсмической опасности, отличающийся тем, что в качестве сигнала предвестника землетрясений измеряют аномальную величину потока излучений тепловых нейтронов, вычисляют скорость его приращения, на основе чего рассчитывают индекс сейсмической опасности (ИСО)
α+β=1,
где Nn - пороговый поток излучения, от значения которого начинается временной отсчет приближающейся сейсмической опасности;
пор - пороговая скорость приращения потока нейтронов;
- скорость приращения потока нейтронов;
α, β - коэффициенты, определяющиеся дополнительно из учета предполагаемой сейсмической активности данного региона,
значения ИСО отражают последовательно один из трех уровней сейсмической опасности для оперативного принятия мер защиты:
ИСО = 0,2÷0,5 - соответствует первому уровню,
ИСО = 0,5÷1 - соответствует второму уровню,
ИСО > 1,5 - соответствует третьему уровню.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при регистрации значений индекса сейсмической опасности, соответствующих первому уровню, повышают уровень контроля за сейсмической опасностью, в том числе вводят дополнительную перепроверку другими имеющимися методами прогнозирования.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что при регистрации значений ИСО, соответствующих второму уровню, проверяют состояние и проводят опробование средств реагирования на чрезвычайную ситуацию.
4. Способ по п.1, отличающийся тем, что при регистрации значений ИСО, соответствующих третьему уровню, приводят в готовность силы реагирования на чрезвычайную ситуацию.
5. Способ по п.1, отличающийся тем, что каждое из трех уровней состояния ИСО оповещают соответствующим звуковым и/или световым сигналом опасности.
