Способ выделения очаговых зон потенциальных землетрясений в земной коре



Способ выделения очаговых зон потенциальных землетрясений в земной коре
Способ выделения очаговых зон потенциальных землетрясений в земной коре
Способ выделения очаговых зон потенциальных землетрясений в земной коре
Способ выделения очаговых зон потенциальных землетрясений в земной коре
Способ выделения очаговых зон потенциальных землетрясений в земной коре
Способ выделения очаговых зон потенциальных землетрясений в земной коре
Способ выделения очаговых зон потенциальных землетрясений в земной коре
Способ выделения очаговых зон потенциальных землетрясений в земной коре
Способ выделения очаговых зон потенциальных землетрясений в земной коре
G01V2210/1232 - Геофизика; гравитационные измерения; обнаружение скрытых масс или объектов; кабельные наконечники (обнаружение или определение местоположения инородных тел для целей диагностики, хирургии или опознавания личности A61B; средства для обнаружения местонахождения людей, засыпанных, например, снежной лавиной A63B 29/02; измерение химических или физических свойств материалов геологических образований G01N; измерение электрических или магнитных переменных величин вообще, кроме измерения направления или величины магнитного поля Земли G01R; устройства, использующие магнитный резонанс вообще G01R 33/20)

Владельцы патента RU 2690189:

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта Российской академии наук (RU)

Изобретение относится к области геофизики, а именно к сейсмологии, и может быть использовано для детального сейсмического районирования территорий. Выделение очаговых зон потенциальных землетрясений в земной коре осуществляют путем математической обработки данных 3D-сейсмотомографии и гравиразведки в одних и тех же узлах пространственной сетки, покрывающей исследуемую область. Технический результат - обеспечение возможности определения расположения потенциальных очаговых зон землетрясений в земной коре. 10 ил.

 

Изобретение относится к области геофизики, а именно к сейсмологии, и может быть использовано для детального сейсмического районирования территорий.

Известен (RU, патент 1831692, опубл. 30.07.1990) способ выделения очаговых зон возможных сильных землетрясений, основанный на анализе характеристик короткопериодной коды записей взрывов или землетрясений на расстояниях до 30 км от источника. При этом выявляют специфические огибающие коды, соответствующие большому контрасту поглощения поперечных волн в верхах мантии на расстоянии не более 10-15 км.

Главным недостатком этого способа, является подмена понятий: в действительности речь идет о прогнозе эпицентров сильных землетрясений на поверхности, а не о локализации очаговых зон землетрясений в земной коре.

Наиболее близким аналогом разработанного способа можно признать статью «Выделение потенциальных очагов землетрясений по геофизическим данным» (Спичак В.В. Физика Земли, 2016, №1, с. 47-58). В данной работе по наземным сейсмическим, гравитационным и магнитотеллурическим данным, измеренным на сейсмоактивном участке Алтае-Саянского региона были построены трехмерные модели скоростей сейсмических волн, плотности и удельного электрического сопротивления. На основе их анализа были построены функции плотности вероятности физико-механических свойств пород в узлах пространственной сетки, покрывающей рассматриваемый объем среды, а также в гипоцентрах прошедших землетрясений. Их сравнение показало, что ослабленные зоны кристаллического фундамента земной коры, в которых могут происходить землетрясения, характеризуются пониженными значениями скоростей сейсмических волн, а также модулей упругости пород.

В то же время, вопрос о научно обоснованном алгоритме выделения очаговых зон в земной коре остался открытым.

Техническая проблема, на решение которой направлен разработанный способ, состоит в пространственном оконтуривании очаговых зон возможных землетрясений в земной коре.

Технический результат, достигаемый при реализации разработанного способа состоит в обеспечении возможности определения расположения потенциальных очаговых зон землетрясений в земной коре.

Для достижения указанного технического результата предложено использовать разработанный способ определения расположения потенциальных очаговых зон землетрясений в земной коре. Согласно разработанному способу по данным 3D сейсмотомографии и гравиразведки в одних и тех же узлах пространственной сетки, покрывающей исследуемую область, строят 3D модели скоростей сейсмических волн Vp и Vs и плотности D; проводят пространственную интерполяцию значений Vp, Vs и D из узлов регулярной сетки в гипоцентры прошедших землетрясений; по значениям скоростей сейсмических волн и плотности в узлах пространственной сетки, а также гипоцентрах прошедших землетрясений, вычисляют модули сдвига G и продольной упругости (Юнга) Е по формулам:

где Vp и Vs - скорости продольных и поперечных сейсмических волн, соответственно, D - плотность пород;

вычисляют математические ожидания (AF) и среднеквадратичные отклонения (σF) 4-х выделенных индикаторов F={Vp, Vs, G, Е} на множестве всех гипоцентров прошедших землетрясений, зарегистрированных в рассматриваемой области:

где F принимает значения Vp, Vs, G, Е; n - номер гипоцентра (n [1, …, N]), N - общее число зарегистрированных гипоцентров; рn - соответствующие "плотности вероятности", на множестве узлов регулярной сетки {xi,yj,zk: i=1, …, I; j=1, …, J; k=1, …, K}; определяют для каждого из параметров F характеристические функции χF (xi,yj,zk):

Функция, являющаяся их произведением,

"метит" в пространстве координат области, характеризующиеся таким же набором физико-механических индикаторов, что и гипоцентры прошедших землетрясений, и в этом смысле представляющие собой очаговые зоны потенциальных землетрясений в земной коре.

В основе разработанного способа лежит определение физико-механических индикаторов, с использованием которых выделяют ослабленные зоны земной коры, в которых могут происходить землетрясения. Они характеризуются разным поведением в очагах потенциальных землетрясений и в спокойных областях земной коры, где они маловероятны. Наиболее выпукло это проявляется при сравнении поведения соответствующих гистограмм, или "функций плотности вероятности" рассматриваемых параметров.

На фиг. 1 - фиг. 9 приведены функции плотности вероятности (PDF) значений физико-механических параметров в спокойных областях сейсмоактивной области (сплошные линии) и в гипоцентрах прошедших землетрясений (пунктирные линии). R - удельное сопротивление, Vp, Vs - скорости продольных и поперечных сейсмических волн, D - плотность, Р - коэффициент Пуассона, G - модуль сдвига, K - модуль всестороннего сжатия, Е - модуль Юнга. Их сравнительный анализ позволил выявить 4 индикатора (Vp, Vs, G, Е), гистограммы которых для гипоцентров прошедших землетрясений и спокойных областей земной коры существенно отличаются (см. фиг. 1 - фиг. 2 и фиг. 8 - фиг. 9). На фиг. 10 показана модель потенциальных очагов землетрясений, построенная с использованием предложенного алгоритма для участка в сейсмоактивной зоны Алтае-Саянского региона.

На основании выявленного в работе, принятой в качестве ближайшего аналога, различия в поведении гистограмм скоростей сейсмических волн, а также модулей сдвига и продольной упругости, в спокойных областях и гипоцентрах прошедших землетрясений (см. фиг. 1 - фиг. 2 и фиг. 8 - фиг. 9) предложен следующий алгоритм выделения очаговых зон потенциальных землетрясений в земной коре. Разработанный алгоритм содержит следующие стадии:

1. По данным 3D сейсмотомографии и гравиразведки в одних и тех же узлах пространственной сетки, покрывающей исследуемую область, строят 3D модели скоростей сейсмических волн Vp и Vs [Урупов А.К., Основы трехмерной сейсморазведки. Изд. Нефть и газ, 2004] и плотности D [Алексидзе М.А. Приближенные методы решения прямых и обратных задач гравиметрии. М., Наука, 1987. - 336 с.].

2. Осуществляют пространственную интерполяцию значений Vp, Vs и D из узлов регулярной сетки в гипоцентры прошедших землетрясений.

3. По значениям скоростей сейсмических волн и плотности в узлах пространственной сетки, а также гипоцентрах прошедших землетрясений, вычисляют модули сдвига G и продольной упругости Е по формулам [Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М., Теория упругости, том 4 изд., М., 1987]:

где Vp и Vs - скорости продольных и поперечных сейсмических скоростей, соответственно, D - плотность пород.

4. Вычисляют математические ожидания (AF) и среднеквадратичные отклонения (σF) 4-х рассматриваемых индикаторов F={Vp, Vs, G, Е} на множестве всех гипоцентров прошедших землетрясений, зарегистрированных в рассматриваемой области:

где F принимает значения Vp, Vs, G, Е в гипоцентрах; n - номер гипоцентра (n [1, …, N]), N - общее число зарегистрированных гипоцентров; рn - соответствующие плотности вероятности (PDF в обозначениях фиг. 1 - фиг. 9).

5. На множестве узлов регулярной сетки {xi,yj,zk: i=1, …, I; j=1, …, J; k=1, …, K} определяют для каждого из параметров F характеристические функции χF (xi,yj,zk):

6. Определяют произведение:

Тогда функция (6) "метит" в пространстве координат области, характеризующиеся таким же набором физико-механических индикаторов, что и гипоцентры прошедших землетрясений.

На фиг. 10 показана построенная таким образом пространственная модель потенциальных очагов землетрясений для участка сейсмоактивной зоны Алтае-Саянского региона. Следует отметить, что она покрывает расположение всех гипоцентров землетрясений, зарегистрированных здесь ранее.

Применение предложенного алгоритма позволило определить пространственную локализацию нескольких эшелонов потенциальных очаговых зон землетрясений, расположенных на разных глубинах земной коры. Горизонтальная локализация двух из них (в западной и юго-восточной частях) была предположена ранее по данным наземных регистраций сейсмичности, тогда как другие зоны выделены впервые.

Способ выделения очаговых зон потенциальных землетрясений в земной коре, отличающийся тем, что по данным 3D-сейсмотомографии и гравиразведки в одних и тех же узлах пространственной сетки, покрывающей исследуемую область, строят 3D-модели скоростей сейсмических волн Vp и Vs и плотности D, проводят пространственную интерполяцию значений Vp, Vs и D из узлов регулярной сетки в гипоцентры прошедших землетрясений, по значениям скоростей сейсмических волн и плотности в узлах пространственной сетки, а также гипоцентрах прошедших землетрясений вычисляют модули сдвига G и продольной упругости Е по формулам:

G=D⋅Vs2,

Е=D⋅Vs2(3Vp2-4Vs2)/[2(Vp2-Vs2)],

где Vp и Vs - скорости продольных и поперечных сейсмических волн соответственно, D - плотность пород,

вычисляют математические ожидания (AF) и среднеквадратичные отклонения (σF) четырех рассматриваемых индикаторов F={Vp, Vs, G, Е} на множестве всех гипоцентров прошедших землетрясений, зарегистрированных в рассматриваемой области:

,

где F принимает значения Vp, Vs, G, Е; n - номер гипоцентра (n [1, …, N]), N - общее число зарегистрированных гипоцентров; pn - соответствующие плотности вероятности, на множестве узлов регулярной сетки {xi, yi, zk: i=1, …, I; j=1, …, J; k=1, …, K} определяют для каждого из параметров F характеристические функции χF (xi, yi, zk):

определяют величину функции:

которая оконтуривает в пространстве координат области, характеризующиеся таким же набором физико-механических индикаторов, что и гипоцентры прошедших землетрясений, и в этом смысле представляющие собой очаговые зоны потенциальных землетрясений в земной коре.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области измерительной техники, приборостроения, средствам защиты от колебаний при землетрясении и, в частности, может быть использовано для проведения исследования в сфере сейсмологии.

Изобретение относится к области поисковой геологии и может быть использовано для определения рудно-формационного типа источника россыпного золота и мест его расположения.
Изобретение относится к геохимическим методам исследований в области поиска полезных ископаемых, а именно к биогидрохимическим способам выявления нефтеносных отложений в труднодоступных частях морского шельфа.

Изобретение относится к области геофизики и может быть использовано в нефтегазовой геологии для оптимизации размещения параметрических, поисковых, разведочных и эксплуатационных скважин, детальных геофизических, главным образом сейсмических работ и оценки ресурсов на исследуемых нефтегазоперспективных объектах в высокоуглеродистых отложениях битуминозного типа.

Изобретение относится к способам литохимических поисков золоторудных месторождений. Сущность: проводят отбор и физико-химический анализ проб.

Изобретение относится к области геохимического обнаружения залежей углеводородов, в частности к области поиска месторождений нефти и газа, и может быть использовано для выявления и оценки их скрытых залеганий.

Изобретение относится к сейсмологии и, в частности, может быть использовано для проведения широких научных исследований в сфере сейсмологии. Предложен способ определения центра сейсмических колебаний, согласно которому сейсмодатчики размещают на поверхности и в земле с понижением уровня углубления в различных точках зоны предполагаемой сейсмической активности.

Изобретение относится к области геофизического мониторинга и может быть использовано для прогнозирования сейсмической опасности. Сущность: на контролируемой территории размещают пункты мониторинга.

Изобретение относится к способам геологической интерпретации сейсмических данных. Сущность: картируют палеорусло посредством выполнения объектно-ориентированной интерпретации.

Изобретение относится к способам мониторинга подземного образования, в котором добывают нетрадиционные углеводороды. Сущность: выбирают модель диффузии инертного газа и модель диффузии целевого углеводорода.
Изобретение относится к способам гравиметрической съемки и может быть использовано для исследования акваторий, покрытых льдом. Сущность: на пунктах опорной сети, расположенных на твердом грунте, проводят измерения с использованием высокоточных гравиметров и средств спутниковой навигации.
Изобретение относится к области гравитационных исследований и может быть использовано для калибровки сканеров гравитационного поля, содержащих по меньшей мере по одному преобразователю.

Изобретение относится к области геофизического моделирования и может быть использовано для выделения ловушек углеводородов в сложно построенных средах, содержащих акустически контрастные геологические объекты.

Изобретение относится к способам определения гравитационной постоянной и может быть использовано для определения гравитационной постоянной при форме взаимодействующих тел, отличной от шаровой.

Изобретение относится к области гравиразведки и может быть использовано для разведки углеводородов. Сущность: система с датчиком гравитации включает контакт, содержащий первый металл и второй металл, отличный от первого металла, причем указанный контакт формирует объемный резонатор; частицу, характеризуемую волной де Бройля, причем указанная частица содержится в упомянутом объемном резонаторе; фононную волну в объемном резонаторе, причем упомянутая волна де Бройля связана с указанной фононной волной; источник питания для подачи электропитания на упомянутый контакт; измерительный элемент, выполненный с возможностью измерения сопротивления, напряжения или тока, причем указанный измерительный элемент электрически соединен с упомянутым контактом, при этом измерительный элемент формирует измеренный сигнал; систему регистрации для записи указанного измеренного сигнала.

Изобретение относится к способам определения гравитационной постоянной. При реализации предложенного способа реальную систему взаимодействующих тел, имеющих сложную форму, заменяют модельной системой тел, закрепленных на тонком стержне и имеющих форму шара.

Изобретение относится к области геофизики и предназначено для определения ускорения свободного падения gz и его пространственных характеристик gφ как на земной поверхности, так и на поверхностях других планет.

Изобретение относится к геофизическому приборостроению, а именно к гравитационным градиентометрам. Гравитационный градиентометр содержит квадруполь с изготовленными в виде стержня и пробных масс гантелями, следящие системы с датчиками перемещений и привод вращения со шпинделем, при этом квадруполь выполнен в виде центрального вала, к которому на радиально расположенных ленточных пружинах присоединены гантели так, что между стержнями гантелей и валом имеются зазоры, на концах гантелей тангенциально установлены легкие консоли, между прикрепленными к разным гантелям консолями оставлены промежутки, в которые установлены датчики перемещений в виде зондов и подложек туннельных микроскопов, центральный вал квадруполя соединен со шпинделем привода вращения, а между приводом и квадруполем установлен металлический экран.

Использование: для определения плотности геологической формации. Сущность изобретения заключается в том, что предложены системы и способы для определения свойства, например, плотности геологической формации на основе гравитационной теории Эйнштейна.

Изобретение относится к области гравиметрии и может быть использовано для измерений постоянной гравитации γ. В указанном способе процесс измерения начинается после окончания вывешивания шаров с известной массой и удаления держателя, когда шары начинают свободное движение в поле тяготения данных шаров.

Изобретение относится к области сейсмической разведки и может быть использовано для картирования сложно построенных флюидонасыщенных трещинно-каверновых зон, с АВПД флюидов в геологическом разрезе осадочного чехла платформ и областей их сочленения с краевыми прогибами.

Изобретение относится к области геофизики, а именно к сейсмологии, и может быть использовано для детального сейсмического районирования территорий. Выделение очаговых зон потенциальных землетрясений в земной коре осуществляют путем математической обработки данных 3D-сейсмотомографии и гравиразведки в одних и тех же узлах пространственной сетки, покрывающей исследуемую область. Технический результат - обеспечение возможности определения расположения потенциальных очаговых зон землетрясений в земной коре. 10 ил.

Наверх