×
10.07.2013
216.012.550c

Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ КОНТРОЛЯ ОБЪЕМНО-НАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ СРЕДЫ В СЕЙСМООПАСНОМ РЕГИОНЕ

Вид РИД

Изобретение

Аннотация: Изобретение относится к области геофизики, а также к области физики космических лучей и может быть использовано при контроле объемно-напряженного состояния среды (ОНС) в сейсмоопасной области и прогнозе сильных землетрясений. Согласно заявленному решению в дополнение к непрерывному контролю сейсмоакустической эмиссии (САЭ) во внутренних точках среды производят наблюдения в частотно и пространственно разнесенных каналах, регистрацию широких атмосферных ливней (ШАЛ) и мюонов. Устанавливают корреляцию времени прихода ШАЛ и мюонов с временем прихода сигналов САЭ, а также определяют локализацию источников САЭ. Об ОНС среды судят по амплитудам, спектрам и частоте следования во времени сигналов САЭ в фоновом режиме и сигналов САЭ, индуцированных мюонами. Признаком приближающегося землетрясения является характерное для данного региона поведение амплитуды и спектра САЭ и увеличение частоты следования во времени сигналов САЭ. Технический результат: повышение точности прогнозирования катастрофических явлений.
Основные результаты: Способ контроля объемно-напряженного состояния среды (ОНС) в сейсмоопасном регионе, заключающийся в непрерывной регистрации сейсмоакустической эмиссии (САЭ) во внутренних точках среды, получении кривых интенсивности сейсмоакустической эмиссии и суждении по их ходу о напряженном состоянии геологической среды, отличающийся тем, что дополнительно проводят непрерывный мониторинг потока мюонов высоких энергий с помощью мюонного телескопа (МТ) и установки по регистрации широких атмосферных ливней (ШАЛ), сейсмическая и акустическая эмиссия сейсмоопасной среды мониторируется в нескольких широкополосных с полосой 20-5000 Гц, а также частотно (несколько частотных каналов) и пространственно (несколько скважин) разнесенных акустических и сейсмических каналах, производится локализация источника акустической и сейсмической эмиссии (САЭ) методом триангуляции по временным задержкам прихода импульсного сигнала в разных каналах, устанавливается временная корреляция между мюонным и акустическим и сейсмическим сигналами в разных диапазонах частот, и ОНС и его эволюция во времени на стадии подготовки землетрясения определяется по амплитудам, спектрам и частоте следования во времени сигналов САЭ в фоновом режиме и сигналов САЭ, индуцированных мюонами, так что признаком приближающегося землетрясения является характерное для данного региона поведение амплитуды и спектра САЭ и увеличение частоты следования во времени сигналов САЭ.

Изобретение относится к области, с одной стороны, геофизики, а с другой, - к физике космических лучей (регистрации широких атмосферных ливней (ШАЛ) и мюонов).

В настоящее время установлено, что из будущих очагов землетрясений хорошо распространяются деформационные процессы, которые приводят к образованию зон поверхностной дилатансии размером до сотен километров [1, 2]. В результате на больших расстояниях от очага готовящегося землетрясения формируется отклик породы на динамическую локальную перестройку структуры, и он сопровождается испусканием импульсов высокочастотных акустических и сейсмических (микросейсмы) волн как из-за образования микроразломов и трещин, так и из-за подвижек в существующих разломах. Наблюдаемые сигналы высокочастотной геоакустической эмиссии из-за большого затухания не распространяются из далекого очага готовящегося землетрясения, а генерируются в непосредственной близости от места наблюдения под действием деформационных сил.

Также известно [3], что мюоны высоких энергий, производя каскад в сейсмически активной среде, могут быть триггером для раскрытия мелких трещин с испусканием звука и сейсмических волн с характерными частотами, доходящими до первых десятков килогерц. Амплитуда и спектр сигнала определяются как свойствами среды (величиной упругого напряжения) в месте локализации мюонного каскада, так и его параметрами. Из-за большого затухания высокочастотных сейсмоакустических волн в горных породах спектр сигнала практически ограничен 15 кГц [1, 2]. Важно, что мюоны высоких энергий могут проникать на глубины до 10 км и более, а индуцированное сейсмоакустическое излучение может использоваться для оценки объемно-напряженного состояния среды (ОНС). Наиболее удобно использовать мюонные пучки от широких атмосферных ливней (ШАЛ).

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является способ скважинной сейсмической разведки [4], заключающийся в непрерывной регистрации сейсмоакустической эмиссии (САЭ) во внутренних точках среды, получении кривых интенсивности сейсмоакустической эмиссии и суждении по их ходу о состоянии геологической среды. Недостатком известного способа [4] является невысокая достоверность и надежность измерений ОНС, являющаяся следствием того, в способе [4] используется только пассивная регистрация сейсмических волн в одном канале и в одной скважине.

Задачей, решаемой изобретением, является создание надежного инструментального способа контроля, использующего наряду с пассивным мониторингом, еще и активное зондирование среды мюонами космических лучей для повышения достоверности. Достоверность предлагаемого способа контроля обеспечивается использованием эффекта сейсмоакустической эмиссии, вызываемой мюонами высокой энергии, поскольку по характеристикам сейсмического и акустического излучений можно судить об особенностях ОНС, характеризующих приближение к моменту землетрясения.

Задача решается следующим образом. В известном способе скважинной сейсмической разведки, заключающемся в непрерывной регистрации сейсмоакустической эмиссии во внутренних точках среды, получении кривых интенсивности сейсмоакустической эмиссии и суждении по их ходу о состоянии геологической среды, дополнительно проводят непрерывный мониторинг потока мюонов высоких энергий с помощью мюонного телескопа (МТ) и установки по регистрации широких атмосферных ливней (ШАЛ). Кроме того, производится мониторинг сейсмической и акустической эмиссий сейсмоопасной среды в нескольких широкополосных каналах в полосе частот 20-5000 Гц, а также частотно (несколько частотных каналов) и пространственно (несколько скважин) разнесенных акустических и сейсмических каналах. Локализация источника САЭ производится методом триангуляции по временным задержкам прихода импульсного сигнала в разных каналах, и устанавливается временная корреляция между мюонным и акустическим и сейсмическим сигналами в разных диапазонах частот. ОНС и его эволюция во времени на стадии подготовки землетрясения определяется по амплитудам, спектрам и частоте следования во времени сигналов САЭ в фоновом режиме и сигналов САЭ, индуцированных мюонами, так что признаком приближающегося землетрясения является характерное для данного региона поведение амплитуды и спектра САЭ и увеличение частоты следования во времени сигналов САЭ. Указанная полоса частот 20-5000 Гц перекрывает акустические и сейсмические моды отклика среды, что подтверждено в экспериментах [1, 2]. Использование более высоких частот из-за сильного их затухания вряд ли целесообразно из экономических соображений, так как требует большего числа более плотно расположенных скважин. Сочетание пассивного и активного мониторинга среды позволяет повысить достоверность и надежность контроля ОНС по сравнению с прежними методами. При дальнейшем развитии новый метод в перспективе может привести к появлению нового метода краткосрочного прогноза землетрясений.

Предложенный способ позволяет использовать относительно глубокие скважины, что дает возможность исследования глубоких слоев (глубина до нескольких км) земной коры, максимально приближенных к очагу землетрясения, что исключает маскирующую роль приповерхностных (например, осадочных) слоев. Тем самым использованная глубокая проникающая способность мюонов повышает достоверность информации об ОНС. Наконец, использование частотно разнесенного приема сигнала позволяет увеличить чувствительность установки с целью повышения контролируемого объема среды и контроля максимально близкой к очагу землетрясения области.

Приведем расчетный пример, показывающий реальную возможность зарегистрировать отклик сейсмически активной среды на воздействие мюонами высоких энергий. Рассмотрим такую схему регистрации САЭ, индуцированного каскадом от мюона с энергией более 1015 эВ на глубине порядка 1 км в САС, находящейся в напряженном состоянии. Такое энерговыделение в цилиндре радиусом 5 см и длиной порядка 1 м может служить триггером для раскрытия трещины размером порядка 1 см и более. Примем консервативную оценку выделенной упругой энергии реальной трещины в горной породе на уровне 1% от типичной энергии хрупкого разрушения Етр0l3, здесь σ0 - напряжение разрушения, а l - размер трещины. Положим σ0=1010 дин/см2 и l=1 см, тогда получим выделенную упругую энергию Emp=108 эрг. Эту энергию нужно подставить в формулу [3]

Здесь энергия Е измеряется в джоулях, площадь s - в см2, частота f - в Гц, энергию трещины Emp надо подставлять в ГэВ (109 эВ), R - расстояние от трещины до приемника САЭ (полоса приема 20-5000 Гц), коэффициент затухания γ зависит от частоты и на средней частоте 2500 Гц принимается γ≈0,15 м-1 в соответствии с экспериментальными данными. Частота f0 обрезания спектра для трещины 1 см составляет около 500 кГц. Интегрирование энергии по спектру приближенно дает dE/ds=3·10-21 Дж/см2. С учетом диаграммы направленность акустического излучения трещины в благоприятных направлениях может быть несколько больше. Эту энергию САЭ надо сравнивать с энергией шумового излучения, минимальное значение которого в области частот порядка 1 кГц приведено в [3] и составляет 3·10-21 Дж/см2. Превышение минимальных шумов на 20 дБ можно считать достаточным запасом для регистрации САЭ чувствительными приемниками. В менее благоприятных условиях больших шумов повышается вероятность раскрытия более крупных трещин и увеличения полезного сигнала, так как больший уровень шума связан с большей плотностью и большим размером микротрещин в среде.

Технико-экономическая эффективность предлагаемого способа состоит в том, что появляется возможность более достоверного инструментального контроля ОНС. Предлагаемый способ может быть использован в системах прогноза землетрясений и может дать большой социальный и экономический эффект.

Источники информации

1. Геоакустическая локация областей подготовки землетрясений. В.А.Гордиенко, Т.В.Гордиенко, А.В.Купцов и др. // Докл. Акад. наук. - 2006. - Т.407. - №5. - С.669-672.

2. Купцов А.В., Ларионов И.А., Шевцов Б.М. Особенности геоакустической эмиссии при подготовке камчатских землетрясений // Вулканология и сейсмология. - 2005. - №5. - С.45-59.

3. В.А.Царев, В.А.Чечин, Атмосферные мюоны и высокочастотные сейсмические шумы, Препринт ФИАН №179, 1988. 26 с.

4. Авторское свидетельство СССР № 1236394, кл. G01V 1/00, 1984.

Способ контроля объемно-напряженного состояния среды (ОНС) в сейсмоопасном регионе, заключающийся в непрерывной регистрации сейсмоакустической эмиссии (САЭ) во внутренних точках среды, получении кривых интенсивности сейсмоакустической эмиссии и суждении по их ходу о напряженном состоянии геологической среды, отличающийся тем, что дополнительно проводят непрерывный мониторинг потока мюонов высоких энергий с помощью мюонного телескопа (МТ) и установки по регистрации широких атмосферных ливней (ШАЛ), сейсмическая и акустическая эмиссия сейсмоопасной среды мониторируется в нескольких широкополосных с полосой 20-5000 Гц, а также частотно (несколько частотных каналов) и пространственно (несколько скважин) разнесенных акустических и сейсмических каналах, производится локализация источника акустической и сейсмической эмиссии (САЭ) методом триангуляции по временным задержкам прихода импульсного сигнала в разных каналах, устанавливается временная корреляция между мюонным и акустическим и сейсмическим сигналами в разных диапазонах частот, и ОНС и его эволюция во времени на стадии подготовки землетрясения определяется по амплитудам, спектрам и частоте следования во времени сигналов САЭ в фоновом режиме и сигналов САЭ, индуцированных мюонами, так что признаком приближающегося землетрясения является характерное для данного региона поведение амплитуды и спектра САЭ и увеличение частоты следования во времени сигналов САЭ.
Источник поступления информации: Роспатент

Showing 11-20 of 46 items.
20.08.2014
№216.012.e9da

Способ повышения плотности мощности светового излучения внутри среды

Изобретение относится к оптике и касается способа повышения плотности мощности светового излучения внутри среды. Способ включает в себя формирование среды в виде многослойной периодической структуры, имеющей в спектре пропускания запрещенную зону, а также узкие резонансные пики полного...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002525674
Дата охранного документа: 20.08.2014
10.10.2014
№216.012.fa13

Устройство для нанесения однородных гладких тонких пленок различных материалов на твердые подложки

Изобретение относится к области технологии сверхпроводящих тонких пленок и может найти применение в производстве сверхпроводящих лент на основе высокотемпературных сверхпроводников для сверхпроводящих кабелей передачи электрической энергии, работающих при температуре жидкого азота. Устройство...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002529865
Дата охранного документа: 10.10.2014
10.11.2014
№216.013.04e1

Детектор быстрых нейтронов

Изобретение относится к полупроводниковым детекторам излучений. Детектор быстрых нейтронов содержит конвертор быстрых нейтронов и поверхностно-барьерный GaAs сенсор, регистрирующий протоны отдачи, при этом сенсор выполнен на подложке арсенида галлия n-типа проводимости, на рабочей поверхности...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002532647
Дата охранного документа: 10.11.2014
27.11.2014
№216.013.0be6

Способ формирования субдифракционной квазирегулярной одно-и двумерной нанотекстуры поверхности материалов и устройство для его осуществления

Заявленная группа изобретений относится к средствам для формирования субдифракционной квазирегулярной одно- и двумерной нанотекстуры поверхности различных материалов для устройств нанофотоники, плазмоники, трибологии или для создания несмачиваемых покрытий. Данное изобретение позволяет повысить...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002534454
Дата охранного документа: 27.11.2014
10.04.2015
№216.013.394c

Способ стабилизации эмульсий и коллоидных растворов и устройство для его осуществления

Изобретение относится к технологическим химическим процессам, в частности к нефтехимии, и может быть использовано для стабилизации различных эмульсий и коллоидных растворов, например, при производстве коллоидных и полимерных дисперсий, нефтяных масел, смазочных материалов, технических...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002546156
Дата охранного документа: 10.04.2015
20.05.2015
№216.013.4b9a

Способ формирования микроструктурированного и высокодопированного слоя на поверхности кремния

Изобретение может быть использовано при изготовлении фоточувствительных элементов солнечной энергетики и приборов ночного видения. Сухую поверхность кремния облучают множественными фокусированными ультракороткими фемто- или короткими пикосекундными лазерными импульсами (УКИ) для её абляционного...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002550868
Дата охранного документа: 20.05.2015
20.11.2015
№216.013.8f51

Генератор быстрых моноэнергетических нейтронов

Заявленное изобретение относится к генераторам быстрых моноэнергетических нейтронов. В заявленном устройстве предусмотрено использование алмазной кристаллической структуры, поверхность которой облучается ускоренным до нескольких десятков кэВ пучком ионов дейтерия, в качестве...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002568305
Дата охранного документа: 20.11.2015
20.11.2015
№216.013.91da

Способ получения пористого кремния со стабильной фотолюминесценцией

Изобретение относится к области изготовления наноструктурных материалов и может быть использовано в оптоэлектронике для производства светоизлучающих индикаторов. Способ получения пористого кремния со стабильной фотолюминесценцией согласно изобретению осуществляют путем анодного...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002568954
Дата охранного документа: 20.11.2015
20.06.2016
№217.015.035c

Аподизатор лазерного пучка

Аподизатор лазерного пучка включает зубчатую диафрагму и пространственный фильтр, в котором зубчатая диафрагма с радиусом окружности вершин зубцов R дополнена корректирующим элементом. Корректирующий элемент выполнен в виде установленного соосно с диафрагмой непрозрачного кольца с внешним...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002587694
Дата охранного документа: 20.06.2016
27.04.2016
№216.015.3843

Дисковый лазер (варианты)

Изобретение относится к лазерной технике. Дисковый лазер состоит из оптического резонатора с первой оптической осью, активной пластины, имеющей первую поверхность и вторую поверхность, размещенной внутри оптического резонатора и закрепленной на хладопроводящей подложке своей первой...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002582909
Дата охранного документа: 27.04.2016
Showing 11-20 of 22 items.
10.10.2014
№216.012.fa13

Устройство для нанесения однородных гладких тонких пленок различных материалов на твердые подложки

Изобретение относится к области технологии сверхпроводящих тонких пленок и может найти применение в производстве сверхпроводящих лент на основе высокотемпературных сверхпроводников для сверхпроводящих кабелей передачи электрической энергии, работающих при температуре жидкого азота. Устройство...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002529865
Дата охранного документа: 10.10.2014
10.11.2014
№216.013.04e1

Детектор быстрых нейтронов

Изобретение относится к полупроводниковым детекторам излучений. Детектор быстрых нейтронов содержит конвертор быстрых нейтронов и поверхностно-барьерный GaAs сенсор, регистрирующий протоны отдачи, при этом сенсор выполнен на подложке арсенида галлия n-типа проводимости, на рабочей поверхности...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002532647
Дата охранного документа: 10.11.2014
27.11.2014
№216.013.0be6

Способ формирования субдифракционной квазирегулярной одно-и двумерной нанотекстуры поверхности материалов и устройство для его осуществления

Заявленная группа изобретений относится к средствам для формирования субдифракционной квазирегулярной одно- и двумерной нанотекстуры поверхности различных материалов для устройств нанофотоники, плазмоники, трибологии или для создания несмачиваемых покрытий. Данное изобретение позволяет повысить...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002534454
Дата охранного документа: 27.11.2014
10.04.2015
№216.013.394c

Способ стабилизации эмульсий и коллоидных растворов и устройство для его осуществления

Изобретение относится к технологическим химическим процессам, в частности к нефтехимии, и может быть использовано для стабилизации различных эмульсий и коллоидных растворов, например, при производстве коллоидных и полимерных дисперсий, нефтяных масел, смазочных материалов, технических...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002546156
Дата охранного документа: 10.04.2015
20.05.2015
№216.013.4b9a

Способ формирования микроструктурированного и высокодопированного слоя на поверхности кремния

Изобретение может быть использовано при изготовлении фоточувствительных элементов солнечной энергетики и приборов ночного видения. Сухую поверхность кремния облучают множественными фокусированными ультракороткими фемто- или короткими пикосекундными лазерными импульсами (УКИ) для её абляционного...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002550868
Дата охранного документа: 20.05.2015
20.11.2015
№216.013.8f51

Генератор быстрых моноэнергетических нейтронов

Заявленное изобретение относится к генераторам быстрых моноэнергетических нейтронов. В заявленном устройстве предусмотрено использование алмазной кристаллической структуры, поверхность которой облучается ускоренным до нескольких десятков кэВ пучком ионов дейтерия, в качестве...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002568305
Дата охранного документа: 20.11.2015
20.11.2015
№216.013.91da

Способ получения пористого кремния со стабильной фотолюминесценцией

Изобретение относится к области изготовления наноструктурных материалов и может быть использовано в оптоэлектронике для производства светоизлучающих индикаторов. Способ получения пористого кремния со стабильной фотолюминесценцией согласно изобретению осуществляют путем анодного...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002568954
Дата охранного документа: 20.11.2015
20.06.2016
№217.015.035c

Аподизатор лазерного пучка

Аподизатор лазерного пучка включает зубчатую диафрагму и пространственный фильтр, в котором зубчатая диафрагма с радиусом окружности вершин зубцов R дополнена корректирующим элементом. Корректирующий элемент выполнен в виде установленного соосно с диафрагмой непрозрачного кольца с внешним...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002587694
Дата охранного документа: 20.06.2016
27.04.2016
№216.015.3843

Дисковый лазер (варианты)

Изобретение относится к лазерной технике. Дисковый лазер состоит из оптического резонатора с первой оптической осью, активной пластины, имеющей первую поверхность и вторую поверхность, размещенной внутри оптического резонатора и закрепленной на хладопроводящей подложке своей первой...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002582909
Дата охранного документа: 27.04.2016
25.08.2017
№217.015.bf97

Способ электрометрического измерения производной химического потенциала по температуре и устройство для его осуществления

Изобретение относится к области электрометрического анализа химического потенциала μ c помощью модуляции температуры T и может быть использовано для исследования характеристик имеющихся и для конструирования новых элементов наноэлектроники. Предложен способ измерения ∂μ/∂T, который позволяет...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002617149
Дата охранного документа: 21.04.2017
+ добавить свой РИД