СПОСОБ ОБНАРУЖЕНИЯ ВЫСОКОЧАСТОТНЫХ ГЕОАКУСТИЧЕСКИХ ПРЕДВЕСТНИКОВ ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЯ

Изобретение относится к геофизике и может быть использовано при краткосрочном прогнозировании землетрясений.

Известен «Способ контроля напряженного состояния земной коры для прогноза сильных землетрясений» (RU), патент № 2105332, МПК G01V9/00, 1998 г.). Изобретение основано на явлении модуляции высокочастотных сейсмических шумов (ВСШ) Земли длиннопериодными деформирующими процессами. Данный способ заключается в проведении режимных наблюдений за ВСШ, выделении компонент, связанных с земными приливами. По изменениям фазы выделенных компонент судят о напряженном состоянии земной коры и подготовке землетрясения, его силе и прогнозируют вероятность его реализации. Ограничением данного способа является использование только инфразвуковых компонент сигнала, связанных с земными приливами.

Известен «Способ определения времени предстоящего землетрясения» (RU, патент № 2258246, МПК G01V9/00, 2004 г.), при котором осуществляют интерпретацию статистической закономерности возникновения сейсмических колебаний почвы в определенные для данного региона сроки. Данный способ заключается в установке сейсмодатчиков и датчиков акустической эмиссии, регистрации и измерении импульсов, пакетов сейсмических волн и акустических волн во всем диапазоне частот появления предвестников, оценке амплитуды форшоков, а также интервалов времени между ними. По времени их появления судят о времени предстоящего землетрясения. Ограничением данного способа является слабая чувствительность пьезокерамических виброметров, предназначенных для регистрации акустической эмиссии и, соответственно, слабая надежность метода в случае регистрации слабых предвестниковых аномалий.

Известен «Способ краткосрочного прогноза времени землетрясений по акустическим предвестникам» (RU, патент № 2356071, МПК G01V9/00, 2000 г.). Данный способ заключается в установке одно и/или трехкомпонентных приемников акустической эмиссии в массиве горных пород, окружающем сейсмически опасную зону и имеющем собственные частоты акустической эмиссии, совпадающие с частотами акустической эмиссии предвестников землетрясений, регистрации полезных сигналов, вычислении спектров акустической эмиссии S(f). По превышению S(f) на заданной частоте f₀ или интервале низких частот на заданную величину судят о приходе аномального акустического сигнала-предвестника, опережающего землетрясение на время от нескольких суток до десятков минут. Недостатком данного способа является необходимость установки приемников в массиве горных пород, окружающем сейсмически опасную зону и, соответственно, сложность в такой установке при достаточно больших размерах этой зоны.

Наиболее близким к заявляемому способу является «Гидроакустический способ определения предвестников сильных землетрясений и цунами» (RU, патент № 2413249, МПК G01V1/38, 2008 г.). Данный способ заключается в непрерывном измерении сигналов сейсмических колебаний с помощью одной или нескольких станций для поиска статистических параметров фона, предшествующих сильным землетрясениям. При обнаружении сверхнизкочастотной амплитудной модуляции гидроакустического сигнала сейсмических колебаний производят фиксацию вступления предвестника сильного землетрясения. По интенсивности и длительности регистрируемой гидроакустической Т-волны сильного землетрясения судят о цунамигенности происшедшего землетрясения. В отличие от рассмотренных выше способов для регистрации сигналов предлагается использовать приемники, состоящие из вертикальной гирлянды из восьми гидрофонов, установленных в водной среде (море), что существенно увеличивает чувствительность и позволяет производить регистрацию акустической компоненты даже слабых землетрясений на больших расстояниях. Частотный диапазон регистрируемых сигналов 0.5-2000 Гц. Недостатком данного способа является установка приемников на морском шельфе, где сильное влияние на регистрацию сигналов оказывают мешающие шумы (прибой, судоходство и др. источники).

Предлагаемый способ лишен данного недостатка. Для регистрации сигналов геоакустической эмиссии используется пьезокерамический гидрофон с чувствительностью (включая предварительное усиление) не менее 10 мВ/Па, установленный у дна водоема. На рис. 1 показана примерная схема установки. Генерация эмиссии происходит в приповерхностных осадочных породах, а регистрация сигнала осуществляется в жидкой среде у дна водоема. Использование в качестве приемников сигналов геоакустической эмиссии пьезокерамических гидрофонов позволяет, по сравнению с обычными геофонами, расширить частотный диапазон анализируемых сигналов от 0.1 Гц до 10-20 кГц, а использование их в закрытых внутренних водоемах - исключить влияние мешающих шумов океана.

Изобретение основано на физическом эффекте аномального повышения уровня геоакустических шумов в диапазоне от сотен герц до десятков килогерц в интервале от нескольких суток до нескольких часов перед сильными землетрясениями, экспериментально полученном на Камчатке (Купцов А.В. Изменение характера геоакустической эмиссии в связи с землетрясением на Камчатке // Физика Земли. 2005. № 10. С. 59-65). Данный эффект обусловлен активизацией деформационных процессов на расстоянии до нескольких сотен километров от эпицентров при подготовке сильных землетрясений и подтверждается результатами как математического моделирования (Водинчар Г.М., Пережогин А.С., Сагитова Р.Н., Шевцов Б.М. Моделирование зон геоакустической эмиссии //Математическое моделирование. 2007. Т. 19. № 11. C. 59-63), так и экспериментальных наблюдений (Долгих Г.И., Купцов А.В., Ларионов И.А., Марапулец Ю.В., Швец В.А., Шевцов Б.М., Широков О.Н., Чупин В.А., Яковенко С.В. Деформационные и акустические предвестники землетрясений // Доклады АН. 2007. Т. 413. № 1. С. 96-100).

Сущность изобретения заключается в том, что для выявления активизации региональных деформационных процессов, которая вызвана, в том числе, подготовкой сильных землетрясений, используется система регистрации геоакустической эмиссии в диапазоне частот от 0.1 Гц до 10-20 кГц, установленная у дна в естественных и искусственных водоемах.

Способ осуществляют следующим образом. В области подготовки землетрясения на расстоянии до 100-200 км от предполагаемого эпицентра в природном или искусственном водоеме у дна устанавливают пьезокерамический гидрофон или комбинированный приемник, состоящий из векторного приемника и гидрофона. Чувствительность приемников (включая предварительное усиление) должна быть не менее 10 мВ/Па. Осуществляют непрерывную регистрацию сигнала и его фильтрацию в семи частотных поддиапазонах: менее 10 Гц, 30-60 Гц, 70-200 Гц, 200-600 Гц, 600-2000 Гц, 2000-6500 Гц, более 6500 Гц. Производят оценку среднесуточных значений сигнала во всех частотных поддиапазонах. С учетом результатов статистической обработки, высокочастотным геоакустическим предвестником, опережающим землетрясение на время от нескольких суток до нескольких часов, считается аномалия сигнала в диапазонах частот: 600-2000 Гц, 2000-6500 Гц, более 6500 Гц; превышающая среднесуточные значения не менее чем в 4 раза с продолжительностью не менее 15 минут.