RU2462734C1 - Method for determining probability of catastrophic phenomena - Google Patents

Method for determining probability of catastrophic phenomena Download PDF

Info

Publication number
RU2462734C1
RU2462734C1 RU2011109424/28A RU2011109424A RU2462734C1 RU 2462734 C1 RU2462734 C1 RU 2462734C1 RU 2011109424/28 A RU2011109424/28 A RU 2011109424/28A RU 2011109424 A RU2011109424 A RU 2011109424A RU 2462734 C1 RU2462734 C1 RU 2462734C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
catastrophic
seismic
field
possibility
signals
Prior art date
Application number
RU2011109424/28A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Андрей Львович Гвоздецкий (RU)
Андрей Львович Гвоздецкий
Антон Александрович Зайцев (RU)
Антон Александрович Зайцев
Дмитрий Герасимович Левченко (RU)
Дмитрий Герасимович Левченко
Виктор Валентинович Леденев (RU)
Виктор Валентинович Леденев
Денис Александрович Никулин (RU)
Денис Александрович Никулин
Елена Раилевна Павлюкова (RU)
Елена Раилевна Павлюкова
Александр Вадимович Носов (RU)
Александр Вадимович Носов
Владимир Васильевич Чернявец (RU)
Владимир Васильевич Чернявец
Original Assignee
Андрей Львович Гвоздецкий
Антон Александрович Зайцев
Дмитрий Герасимович Левченко
Виктор Валентинович Леденев
Денис Александрович Никулин
Елена Раилевна Павлюкова
Александр Вадимович Носов
Владимир Васильевич Чернявец
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Андрей Львович Гвоздецкий, Антон Александрович Зайцев, Дмитрий Герасимович Левченко, Виктор Валентинович Леденев, Денис Александрович Никулин, Елена Раилевна Павлюкова, Александр Вадимович Носов, Владимир Васильевич Чернявец filed Critical Андрей Львович Гвоздецкий
Priority to RU2011109424/28A priority Critical patent/RU2462734C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2462734C1 publication Critical patent/RU2462734C1/en

Links

Abstract

FIELD: physics.
SUBSTANCE: method of determining probability of catastrophic phenomena, involving measuring geophysical field parameters in the monitored zone and using the obtained data to determine the probability of catastrophic phenomena via continuous measurement with detection of fluctuation of the measured parameter, wherein variation of the magnetic field is further measured at frequencies 0.05-0.4 Hz, and the probability of a catastrophic phenomenon is determined from change in amplitude of the zero mode, wherein to increase accuracy and reliability of prediction, seismic signals are picked up in the frequency range of 0.003-20 Hz, wherein the tsunami wave pressure is detected at the bottom at frequencies lower than 0.01 Hz.
EFFECT: broader functional capabilities and higher accuracy of prediction.

Description

Изобретение относится к геофизике, а более конкретно к способам обнаружения возможности наступления катастрофических явлений преимущественно на море, и может быть использовано при решении следующих фундаментальных задач:The invention relates to geophysics, and more specifically to methods for detecting the possibility of the onset of catastrophic phenomena mainly at sea, and can be used to solve the following fundamental problems:

изучение строения земной коры в акваториях мирового океана, исследование совокупности проявления геофизических полей в зонах тектонических разломов непосредственно на дне океана, исследование состояния морской среды в придонной зоне и ее взаимодействие с тектоническими процессами, геофизический мониторинг сложных гидротехнических сооружений, оперативная оценка сейсмического и гидродинамического состояния районов и прогноза возможных сейсмических и экологических последствий, а также при заблаговременном оповещении о землетрясениях и цунами.studying the structure of the earth's crust in the waters of the oceans, studying the totality of the manifestation of geophysical fields in tectonic fault zones directly at the bottom of the ocean, studying the state of the marine environment in the bottom zone and its interaction with tectonic processes, geophysical monitoring of complex hydraulic structures, operational assessment of the seismic and hydrodynamic conditions of regions and prediction of possible seismic and environmental impacts, as well as early warning of earthquakes iah and tsunami.

Известен способ обнаружения возможности наступления катастрофических явлений [1], включающий измерение параметра геофизического поля в контролируемом районе и суждение по полученным данным о возможности наступления катастрофических явлений, в котором измерения проводят непрерывно, выявляют колебания измеряемого параметра и при обнаружении синусоидальных колебаний возрастающей частоты, имеющих амплитуду, статистически достоверно отличающуюся от фоновой для контролируемого района, и период от 100 до 1000000 с, судят о наличии возможности наступления катастрофических явлений.A known method of detecting the possibility of the onset of catastrophic phenomena [1], including measuring the parameter of the geophysical field in a controlled area and judging by the data on the possibility of the onset of catastrophic events, in which measurements are carried out continuously, detect fluctuations of the measured parameter and when detecting sinusoidal oscillations of increasing frequency with amplitude , statistically significantly different from the background for the controlled area, and the period from 100 to 1,000,000 s, judge about the availability the onset of catastrophic events.

Недостатком способа является то, что он имеет низкую достоверность прогноза, так как измеряют только один параметр геофизического поля. Кроме того, синусоидальные колебания измеряемого параметра при наложении на них акустических и гидродинамических шумов техногенного характера могут быть как периодическими, так и апериодическими, что требует получения многочисленных массивов измеряемого параметра для выявления амплитуды, статистически достоверно отличающуюся от фоновой для достижения положительного технического результата.The disadvantage of this method is that it has a low reliability of the forecast, since they measure only one parameter of the geophysical field. In addition, the sinusoidal oscillations of the measured parameter when superimposed on them by anthropogenic acoustic and hydrodynamic noises can be both periodic and aperiodic, which requires the receipt of numerous arrays of the measured parameter to identify the amplitude, which is statistically significantly different from the background to achieve a positive technical result.

Известен способ сейсмического микрорайонирования [2], включающий размещение исследуемых и опорных пунктов наблюдений на участках с различными инженерно-геологическими условиями, регистрацию в них сейсмических колебаний от землетрясений из потенциально опасных и других очаговых зон, определение динамических параметров сейсмических колебаний и их вариаций в каждом исследуемом пункте наблюдения относительно опорных в заданном частотном диапазоне исследований, в котором с целью повышения достоверности за счет учета влияния латеральной неоднородности скального основания и более глубоких горизонтов геологического разреза дополнительно проводят трехкомпонентную регистрацию сейсмических колебаний по ортогональной ориентированной на потенциально опасные очаговые зоны сети профилей, при этом расстояние между пунктами наблюдений не превышает 1/3-1/4 длины волны наиболее высокочастотных сейсмических колебаний, образующих информативные вариации амплитуд, а расстояние между профилями составляет 1/3-1/4 минимального пространственного периода информативных амплитудных вариаций высокочастотного диапазона сейсмических колебаний.A known method of seismic micro-zoning [2], including the placement of the investigated and reference points of observation in areas with different engineering and geological conditions, registration of seismic vibrations from earthquakes from potentially dangerous and other focal zones, determination of the dynamic parameters of seismic vibrations and their variations in each studied observation point relative to the reference in a given frequency range of studies, in which, with the aim of increasing reliability by taking into account the lateral effect In addition to the heterogeneity of the rock base and deeper horizons of the geological section, three-component seismic vibrations are additionally recorded along an orthogonal profile network oriented to potentially dangerous focal zones, while the distance between the observation points does not exceed 1 / 3-1 / 4 of the wavelength of the most high-frequency seismic vibrations forming informative amplitude variations, and the distance between the profiles is 1 / 3-1 / 4 of the minimum spatial period of informative amplitude amplitudes iatsy highband seismic vibrations.

Выполнение трехкомпонентной регистрации сейсмических колебаний по ортогональной ориентированной на потенциально опасные очаговые зоны сети профилей действительно повышает достоверность классификации возможного землетрясения. Однако ввиду того, что в известном способе определение динамических параметров осуществляется путем анализа только наиболее высокочастотных сейсмических колебаний, достижение технического результата, заключающегося в повышении достоверности прогноза, возможно только при стабильных во времени колебательных процессах и при отсутствии помех, обусловленных акустическими и гидродинамическими шумами природного и техногенного характера. И если в наземных условиях с некоторыми допущениями данный способ имеет положительный технический эффект, то в морских условиях он практически не применим.Performing a three-component registration of seismic oscillations along an orthogonal profile network oriented to potentially dangerous focal zones does increase the reliability of the classification of a possible earthquake. However, due to the fact that in the known method the determination of dynamic parameters is carried out by analyzing only the most high-frequency seismic vibrations, the achievement of the technical result, which consists in increasing the reliability of the forecast, is possible only with time-stable oscillatory processes and in the absence of interference caused by acoustic and hydrodynamic noise of natural and technogenic character. And if in land conditions with some assumptions this method has a positive technical effect, then in marine conditions it is practically not applicable.

Кроме того, существенную роль в повышении точности измерения сигналов, по которым устанавливают предвестники катастрофических явлений, является база измерений и ориентация средств измерения относительно источника. Так, например, разнос измерителей в высоких и экваториальных широтах на более чем 10 км при измерении электрических и магнитных компонент приводит к большим (до 50%) погрешностям измерений импеданса.In addition, a significant role in improving the accuracy of measuring signals, which establish the precursors of catastrophic phenomena, is the measurement base and the orientation of the measuring instruments relative to the source. For example, the spacing of meters at high and equatorial latitudes over 10 km when measuring electrical and magnetic components leads to large (up to 50%) errors in impedance measurements.

Аналогичные недостатки имеют также известные способы и устройства, предназначенные для регистрации сигналов сейсмического происхождения в морских условиях [3-19]. В известных способах существенное значение погрешности обусловлено тем, что при обработке зарегистрированных сигналов используют среднее поле распространения сигналов. В то время как максимальные отклонения реального поля от среднего отличаются именно на горизонтах максимальных градиентов. При этом реальное поле резко отличается от идеальной модели. При влиянии внешних факторов с использованием акустических средств регистрации сигналов образуется зона тени, расположенная в полосе от 5 до 16 км от источника. Причем ее протяженность в разных направлениях неодинакова и может отличаться в 5 раз и более, а с увеличением дистанции между приемником и источником сигналов погрешности возрастают. Для морских условий до 15 км они находятся в пределах 2 дБ, далее в промежутке от 15 до 30 км наблюдается их резкий рост до 6 дБ. В дальнейшем в промежутке от 30 до 60 км величина погрешности монотонно увеличивается до 7,5 дБ.Similar disadvantages are also known methods and devices designed to register signals of seismic origin in marine conditions [3-19]. In the known methods, the significant value of the error is due to the fact that when processing the registered signals, the average signal propagation field is used. While the maximum deviations of the real field from the average differ precisely at the horizons of maximum gradients. In this case, the real field differs sharply from the ideal model. Under the influence of external factors using acoustic means of recording signals, a shadow zone is formed located in a strip from 5 to 16 km from the source. Moreover, its length in different directions is not the same and can differ by 5 times or more, and with an increase in the distance between the receiver and the signal source, the errors increase. For marine conditions up to 15 km, they are within 2 dB, then in the interval from 15 to 30 km there is a sharp increase to 6 dB. Subsequently, in the interval from 30 to 60 km, the error value monotonically increases to 7.5 dB.

Кроме того, известные способы основаны на регистрации возбуждения высокочастотных гидроакустических полей (так называемой фазы Т), которое происходит на большой площади и существенно зависит от рельефа дна. Поэтому высокочастотные гидроакустические поля содержат относительно меньше информации собственно о формах движения дна в эпицентре землетрясения.In addition, the known methods are based on the registration of excitation of high-frequency sonar fields (the so-called phase T), which occurs over a large area and significantly depends on the topography of the bottom. Therefore, high-frequency hydroacoustic fields contain relatively less information per se about the forms of bottom movement in the epicenter of an earthquake.

Выявленных недостатков лишен известный способ обнаружения возможности наступления катастрофических явлений, который включает измерение параметров геофизического поля в контролируемом районе и суждение по полученным данным о возможности наступления катастрофических явлений путем непрерывных измерений с выявлением колебаний измеряемого параметра с обнаружением синусоидальных колебаний возрастающей частоты, имеющих амплитуду, статистически достоверно отличающуюся от фоновой для контролируемого района, по которым судят о наличии возможности наступления катастрофических явлений, дополнительно измеряют вариации магнитного поля на частотах 0,05-0,4 Гц, а о возможности наступления катастрофического явления судят по изменению магнитуды нулевой моды [20]. Новые отличительные признаки по сравнению с аналогами, заключающиеся в измерении вариации магнитного поля на частотах 0,05-0,4 Гц, и возможности судить о наступлении катастрофического явления по изменению магнитуды нулевой моды, позволяют осуществить более раннее оповещение о приближающихся землетрясениях и цунами.The known shortcomings are deprived of the known method for detecting the possibility of the onset of catastrophic phenomena, which includes measuring the parameters of the geophysical field in a controlled area and judging by the data obtained on the possibility of the onset of catastrophic phenomena by continuous measurements with the detection of fluctuations of the measured parameter with the detection of sinusoidal oscillations of increasing frequency, with an amplitude that is statistically significant different from the background for the controlled area judged by availability the possibility of the onset of catastrophic phenomena, additionally measure the variation of the magnetic field at frequencies of 0.05-0.4 Hz, and the possibility of a catastrophic phenomenon is judged by a change in the magnitude of the zero mode [20]. New distinctive features in comparison with analogs, consisting in measuring the variation of the magnetic field at frequencies of 0.05-0.4 Hz, and the ability to judge the onset of a catastrophic phenomenon by a change in the magnitude of the zero mode, allow for earlier warning of impending earthquakes and tsunamis.

Известные способы позволяют достичь технического результата, заключающегося в повышении достоверности, только в условиях изотропного поля, так как характер убывания интенсивности звукового сигнала по мере удаления от источника в горизонтально неоднородном поле (особенно в океане) резко отличается от той же зависимости в условиях изотропного поля. Мезомасштабные неоднородности океана (фронты, ринги) резко перестраивают звуковое поле, вызывая колебания интенсивности сигнала до 5 дБ при прогнозе дальности их действия (Д) до 10 км. Поэтому для эффективного прогноза гидроакустических условий в аномальных районах необходимо четкое установление центров и границ, а также определение параметров возмущающих образований. Неопределенность в расчете звукового поля по климатическим данным или опорному полю выражается в стандартных отклонениях реального уровня от опорного в 4-9 дБ, при Д=90 км, что соответствует погрешности в прогнозе ожидаемой дальности действия гидроакустических систем на 60-90%. Использование единственной кривой вертикального распределения скорости звука для акустических расчетов допустимо лишь на малых дистанциях (до 10 км), что крайне редко встречается в реальных условиях. По величине и направлению (знаку) горизонтального градиента вдоль трассы распространения сигнала можно судить о степени изменчивости интенсивности звукового поля на горизонте приема относительно фиксированного источника. Для расчетов акустического поля параметром является профиль скорости звука, точно совпадающий с фактическим профилем в месте расположения источника. Однако при использовании режимной информации среднеквадратический профиль, как правило, не совпадает с фактическим, что приводит к дополнительным случайным погрешностям в конечном результате.Known methods allow to achieve a technical result, which consists in increasing reliability, only in an isotropic field, since the nature of the decrease in the intensity of the sound signal with distance from the source in a horizontally inhomogeneous field (especially in the ocean) differs sharply from the same dependence in an isotropic field. Mesoscale inhomogeneities of the ocean (fronts, rings) dramatically rearrange the sound field, causing fluctuations in signal intensity up to 5 dB when predicting their range (D) up to 10 km. Therefore, for an effective forecast of hydroacoustic conditions in abnormal areas, a clear establishment of centers and boundaries, as well as determination of the parameters of disturbing formations, are necessary. Uncertainty in the calculation of the sound field by climatic data or the reference field is expressed in standard deviations of the real level from the reference at 4-9 dB, at D = 90 km, which corresponds to an error in the forecast of the expected range of hydroacoustic systems by 60-90%. The use of a single curve of the vertical distribution of the speed of sound for acoustic calculations is permissible only at short distances (up to 10 km), which is extremely rare in real conditions. By the magnitude and direction (sign) of the horizontal gradient along the signal propagation path, one can judge the degree of variability of the intensity of the sound field at the receiving horizon relative to a fixed source. For calculations of the acoustic field, the parameter is the sound velocity profile, which exactly matches the actual profile at the source location. However, when using regime information, the mean-square profile, as a rule, does not coincide with the actual one, which leads to additional random errors in the final result.

Кроме того, в известных способах в качестве моделей генерации цунами вода рассматривается как несжимаемая жидкость, в которой в принципе не могут возникать и распространяться акустические поля. Или наоборот, с сжимаемой жидкостью дно принимается абсолютно жестким. В этом случае низкочастотные гидроакустические поля локализованы в глубоководной части океана и не могут распространяться на большие расстояния по океаническим волноводам. В волноводе с жестким дном может существовать только дискретное акустическое поле в водной среде на частотах выше критической. При уменьшении глубины акватории вблизи континентов критическая частота уменьшается и низкочастотное гидроакустическое поле должно затухать. Более реалистичной является модель волновода с упругим дном. В таком волноводе наряду с дискретным гидроакустическим полем в водной среде существует непрерывное сейсмическое поле в донном массиве (нулевая мода). Моды дискретного поля связаны между собой через упругое дно. По сути в волноводе распространяется единое сейсмогидроакустическое поле. При изменении глубины происходит адиобатическая трансформация мод в соответствии с новой критической частотой. При достаточно плавном изменении крутизны континентального склона порядок мод понижается, в результате чего первая мода переходит в нулевую, которая распространяется на суше в виде поверхностной волны Релея.In addition, in the known methods, as models for the generation of tsunamis, water is considered as an incompressible liquid in which, in principle, acoustic fields cannot arise and propagate. Or vice versa, with a compressible fluid, the bottom is made absolutely rigid. In this case, low-frequency hydroacoustic fields are localized in the deep part of the ocean and cannot spread over large distances along oceanic waveguides. In a waveguide with a hard bottom, there can only be a discrete acoustic field in an aqueous medium at frequencies higher than critical. With decreasing water depth near the continents, the critical frequency decreases and the low-frequency hydroacoustic field should decay. More realistic is the model of a waveguide with an elastic bottom. In such a waveguide, along with a discrete sonar field in the aquatic environment, there is a continuous seismic field in the bottom massif (zero mode). Discrete field modes are interconnected through an elastic bottom. In fact, a single seismic-hydroacoustic field propagates in the waveguide. With a change in depth, an adiabatic transformation of the modes occurs in accordance with the new critical frequency. With a fairly smooth change in the steepness of the continental slope, the order of the modes decreases, as a result of which the first mode becomes zero, which propagates on land as a surface Rayleigh wave.

Однако анализ ряда зарегистрированных сейсмических сигналов в период землетрясений (Левченко Д.Г. Особенности конструирования широкополосных донных сейсмографов. / Океанология, 2001, том 41, №4, с.624) показал, что зарегистрированные сигналы включают как объемные Р и S волны, так и поверхностные волны Лява и Релея. При этом были зарегистрированы диспергирующие длиннопериодные колебания в диапазоне частот 0,0125-0,05Гц, которые представляют собой низкочастотную составляющую волны Лява, высокоскоростная волна Лява, зарегистрированная в начале диспергирующего цуга с минимальными искажениями, а через 10 мин после вступления волн Лява наблюдались диспергирующие колебания, которые могут быть отнесены к волне Релея, осложненной интерференцией с волной Лява (Воронина Е.В., Левченко Д.Г., Соловьев С.В., Сонькин А.В. Особенности регистрации сильного Гималайского землетрясения на дне центральной части Атлантического океана и дисперсия длиннопериодных волн Лява. // Физика Земли. 1955. №2, с.3-17). Данное обстоятельство может вносить неоднозначность в прогноз катастрофического явления.However, analysis of a number of recorded seismic signals during earthquakes (Levchenko DG Features of designing broadband bottom seismographs. / Oceanology, 2001, vol. 41, No. 4, p. 644) showed that the recorded signals include both bulk P and S waves, so and surface waves of Love and Rayleigh. In this case, dispersive long-period oscillations were recorded in the frequency range 0.0125-0.05 Hz, which are the low-frequency component of the Love wave, the high-speed Love wave recorded at the beginning of the dispersive train with minimal distortion, and 10 minutes after the arrival of Love waves, dispersive oscillations were observed which can be attributed to the Rayleigh wave complicated by interference with the Love wave (Voronina E.V., Levchenko D.G., Soloviev S.V., Sonkin A.V. Features of recording a strong Himalayan earthquakes at the bottom of the central part of the Atlantic Ocean and the dispersion of long-period Love waves. // Physics of the Earth. 1955. No. 2, pp. 3-17). This circumstance may introduce ambiguity into the forecast of a catastrophic phenomenon.

Однако для реализации известного способа используются сейсмографы, в которых для увеличения срока работы на дне регистрация сейсмических сигналов производится в стартстопном (ждущем) режиме накопителя информации. Управление накопителем производится от специального устройства, в котором непрерывно определяется средний уровень сейсмического фона за большой промежуток времени и одновременно за малый промежуток времени, соизмеримый со средней длительностью сигналов землетрясений. Отношение этих уровней используется как пороговое значение для включения накопителя. Поскольку такое управляющее устройство имеет инерцию, то для исключения потери начальной части сигнала применяется буферная память ограниченного объема. В случае превышения порогового значения сигнал переписывается из буфера в накопитель. При этом такая система реагирует только на землетрясения определенной продолжительности и интенсивности. В то же время длительность сигналов землетрясений может оставлять от единиц секунд (местные слабые землетрясения) до единиц часов (сильные удаленные землетрясения), а их интенсивность может меняться на много порядков. С другой стороны, такая система сильно подвержена помехам, которые приводят к ложным записям сигналов. Например, периодические сигналы от пневмопушки, используемой при сейсморазведки, или сигналы подводной гидроакустической связи, а также импульсные помехи биологического происхождения могут полностью заполнить накопитель и привести к преждевременной разрядки источника питания.However, to implement the known method, seismographs are used in which to increase the life of the bottom seismic signals are recorded in the start-stop (standby) mode of the information storage device. The drive is controlled from a special device in which the average level of the seismic background is continuously determined for a large period of time and simultaneously for a small period of time, commensurate with the average duration of earthquake signals. The ratio of these levels is used as a threshold value for turning on the drive. Since such a control device has inertia, a limited amount of buffer memory is used to eliminate the loss of the initial part of the signal. If the threshold value is exceeded, the signal is overwritten from the buffer to the drive. Moreover, such a system only responds to earthquakes of a certain duration and intensity. At the same time, the duration of earthquake signals can leave from units of seconds (local weak earthquakes) to units of hours (strong distant earthquakes), and their intensity can vary by many orders of magnitude. On the other hand, such a system is highly susceptible to interference, which leads to false signal recordings. For example, periodic signals from the airgun used in seismic exploration, or signals from underwater sonar communication, as well as pulsed interference of biological origin, can completely fill the drive and lead to premature discharge of the power source.

Кроме того, определение координат гипоцентра морского землетрясения и его магнитуды с помощью наземных сейсмографов для оценки возможности появления цунами является не точным, так как на значительных расстояниях (больших размерах очага) невозможно определить характер деформации дна, а существенная волна цунами возникает только при вертикальных или наклонных его движениях. Ложные же тревоги приводят к большим материальным потерям и т.п. (Левин Б.В., Носов М.А. Физика цунами. - М.: «Янус-К», 2005. 360 с.).In addition, the determination of the coordinates of the hypocenter of a sea earthquake and its magnitude using ground-based seismographs to assess the possibility of a tsunami is not accurate, since it is impossible to determine the nature of the bottom deformation at significant distances (large focal sizes), and a significant tsunami wave occurs only when vertical or inclined his movements. False alarms lead to large material losses, etc. (Levin B.V., Nosov M.A. Tsunami Physics. - M.: “Janus-K”, 2005. 360 p.).

Кроме того, регистрация сейсмических сигналов посредством одной сейсмической станцией не позволяет определить эпицентр землетрясения с необходимой достоверностью.In addition, the registration of seismic signals by one seismic station does not allow to determine the epicenter of the earthquake with the necessary reliability.

Задачей заявляемого технического решения является расширение функциональных возможностей известных способов с повышением достоверности прогноза.The objective of the proposed technical solution is to expand the functionality of known methods with increasing the reliability of the forecast.

Поставленная задача решается за счет того, что в способе обнаружения возможности наступления катастрофических явлений, включающем измерение параметров геофизического поля в контролируемом районе и суждение по полученным данным о возможности наступления катастрофических явлений путем непрерывных измерений с выявлением колебаний измеряемого параметра, дополнительно измеряют вариации магнитного поля на частотах 0,05-0,4 Гц, а о возможности наступления катастрофического явления судят по изменению магнитуды нулевой моды, в отличие от известного способа регистрируют сейсмические сигналы в диапазоне частот 0,003-20 Гц, при этом регистрируют давление волн цунами на дно на частотах ниже 0,01 Гц.The problem is solved due to the fact that in the method of detecting the possibility of the onset of catastrophic phenomena, including measuring the parameters of the geophysical field in a controlled area and judging by the data obtained on the possibility of the onset of catastrophic phenomena by continuous measurements with the detection of fluctuations in the measured parameter, magnetic field variations are additionally measured at frequencies 0.05-0.4 Hz, and the possibility of a catastrophic event is judged by a change in the magnitude of the zero mode, in contrast to stnogo method recorded seismic signals in the frequency range 0,003-20 Hz, the recorded pressure at the bottom of the tsunami waves at frequencies below 0.01 Hz.

Совокупность новых признаков из известного уровня техники не выявлена, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию патентоспособности "изобретательский уровень".A set of new features from the prior art has not been identified, which allows us to conclude that the claimed technical solution meets the patentability criterion of "inventive step".

Сущность способа заключается в следующем.The essence of the method is as follows.

Устройство для реализации способа состоит из датчиков слабых сейсмических сигналов (3 компоненты), датчиков сильных движений дна (3 компоненты), цифрового многоканального накопителя информации, буферной памяти, устройства управления, поверхностного ретрансляционного буя, канала гидроакустической связи, канала спутниковой связи, датчика магнитного поля и источника питания.A device for implementing the method consists of sensors of weak seismic signals (3 components), sensors of strong bottom movements (3 components), a digital multichannel information storage device, buffer memory, control device, surface relay buoy, sonar channel, satellite communication channel, magnetic field sensor and power source.

В качестве датчика магнитного поля, предназначенного для измерения абсолютного значения магнитной индукции поля земли в морских акваториях до глубин 6000 метров, применен датчик с диапазоном измеряемой величины магнитной индукции 20000-100000 нТ.As a magnetic field sensor designed to measure the absolute value of the magnetic induction of the earth's field in marine areas to depths of 6000 meters, a sensor with a range of measured values of magnetic induction of 20,000-100,000 nT is used.

В качестве сейсмических датчиков, для реализации заявляемого способа, применен акустический сейсмодатчик, представляющий собой трехкомпонентный сейсмоакустический датчик, который предназначен для преобразования третьей производной колебания грунта в электрический сигнал в частотном диапазоне 20-1000 Гц, динамический диапазон которого в полосе 1/3 октавы и центральной частотой 30 Гц составляет не менее 60 дБ, а также сейсмоприемник типа СМ-5 (велосиметр), включающий три сейсмических датчика с частотным диапазоном регистрации сейсмических сигналов 0,05-0,4 Гц, полный динамический диапазон не менее 120 дБ.As seismic sensors, for the implementation of the proposed method, an acoustic seismic sensor is used, which is a three-component seismic-acoustic sensor, which is designed to convert the third derivative of soil vibrations into an electrical signal in the frequency range of 20-1000 Hz, the dynamic range of which is in the 1/3 octave and central band with a frequency of 30 Hz is not less than 60 dB, as well as an SM-5 seismic receiver (cycle meter), which includes three seismic sensors with a frequency range for recording seismic 0.05-0.4 Hz latter is present, the full dynamic range of at least 120 dB.

Широкополосные сейсмические каналы (0,003-20 Гц) позволяют регистрировать давление волн цунами на дно (частоты ниже 0,01 Гц).Broadband seismic channels (0.003–20 Hz) allow tsunami wave pressure to be recorded to the bottom (frequencies below 0.01 Hz).

Устройство управления непрерывно анализирует уровень сигналов, приходящих от датчиков слабых сейсмических сигналов, и в случае превышения порогового уровня включает датчики и каналы регистрации сильных движений. Далее устройство управления анализирует сигналы, поступающие от датчиков сильных движений (после их включения), определяет элементы движения дна и, в случае существенных вертикальных или наклонных скоростей его смещения, формирует и передает по линиям связи сигнал тревоги.The control device continuously analyzes the level of signals coming from the sensors of weak seismic signals, and in case of exceeding the threshold level includes sensors and channels for recording strong movements. Next, the control device analyzes the signals received from the sensors of strong movements (after they are turned on), determines the elements of the bottom movement and, in the case of significant vertical or inclined speeds of its displacement, generates and transmits an alarm signal through the communication lines.

Поскольку устройство управления работает с инерцией, с целью исключения потери первых вступлений сильных движений дна, сигналы с выходов датчиков слабых сигналов непрерывно регистрируются в буферную память и затем используются для определения элементов движения дна и регистрируются в накопителе информации. Пороговый уровень определяется путем усреднения за длительный период времени шумов, поступающих с выходов датчиков слабых сигналов.Since the control device operates with inertia, in order to exclude the loss of the first arrivals of strong bottom motions, the signals from the outputs of the weak signal sensors are continuously recorded in the buffer memory and then used to determine the elements of the bottom motion and are recorded in the information storage device. The threshold level is determined by averaging over a long period of time the noise coming from the outputs of the sensors of weak signals.

Одновременно с регистрацией сигналов в открытом море, посредством измерительной аппаратуры, установленной на сейсмических станциях, расположенных на берегу или в прибрежной зоне в районах, подверженных опасности цунами, например, на полуострове Камчатка, Курильских островах и на острове Сахалин регистрируют низкочастотные поля. Выполняют измерения вариации магнитного поля на частотах 0,05-0,4 Гц.Simultaneously with the registration of signals in the open sea, low-frequency fields are recorded by means of measuring equipment installed at seismic stations located on the shore or in the coastal zone in areas exposed to tsunami, for example, on the Kamchatka Peninsula, the Kuril Islands and Sakhalin Island. Measure the variation of the magnetic field at frequencies of 0.05-0.4 Hz.

Система донных сейсмографов располагается в районах, подверженных сильным землетрясением, которые могут вызвать цунамигенные волны. В случае катастрофического землетрясения (с магнитудой около 8) донные станции посредством датчиков сильных движений регистрируют элементы движения дна и с помощью канала гидроакустической связи передают экспресс-информацию на поверхностный буй и через спутниковые или радиоканалы связи на наземные пункты управления. Такая система обеспечивает надежную регистрацию и классификацию цунамигенных землетрясений и дает своевременное (в течение нескольких минут) предупреждение об опасности цунами.The system of bottom seismographs is located in areas prone to strong earthquakes, which can cause tsunamigenic waves. In the event of a catastrophic earthquake (with a magnitude of about 8), bottom stations use strong motion sensors to detect bottom movement elements and transmit express information to the surface buoy using the sonar channel and via satellite or radio channels to ground control points. Such a system provides reliable registration and classification of tsunamigenic earthquakes and gives a timely (within a few minutes) warning of the danger of tsunamis.

Зарегистрированные сейсмические сигналы донными и береговыми станциями анализируются на наземных пунктах управления и о возможности наступления катастрофического явления судят по изменению магнитуды нулевой моды. При этом регистрируют сейсмические сигналы в диапазоне частот 0,003-20 Гц в том случае, если указанные сигналы превышают пороговый уровень, регистрируют сильные движения дна, определяя при этом давление волн цунами на дно на частотах ниже 0,01 Гц.The recorded seismic signals by bottom and coast stations are analyzed at ground control points and the possibility of a catastrophic event is judged by a change in the magnitude of the zero mode. At the same time, seismic signals are recorded in the frequency range 0.003-20 Hz if these signals exceed the threshold level, strong bottom movements are recorded, while determining the pressure of the tsunami waves to the bottom at frequencies below 0.01 Hz.

Предлагаемый способ, состоящий в измерении на больших расстояниях от эпицентра землетрясения низкочастотных гидроакустических полей, вызванных подвижками дна, позволяет осуществлять дистанционное определение цунамигенности землетрясений. Поскольку скорость распространения низкочастотных гидроакустических полей в океане примерно в пять раз выше, чем у волн цунами, они могут служить предвестниками опасности цунами. В настоящее время теоретически доказано, что возбуждение волн цунами землетрясениями в сжимаемой жидкости должно сопровождаться генерацией гидроакустических полей в широком частотном диапазоне, а их энергия может превышать энергию волн цунами (Левин Б.В., Носов М.А. Физика цунами. - М.: «Янус-К», 2005. 360 с.). При этом низкочастотные поля (F<1 Гц), так же как и волны цунами, возбуждаются в основном за счет вертикальных подвижек дна в эпицентре землетрясения. Возбуждение высокочастотных гидроакустических полей (так называемой фазы Т) происходит на значительно большей площади и существенно зависит от рельефа дна (Кадыков И.Ф. Акустика подводных землетрясений. 1986). Поэтому высокочастотные гидроакустические поля содержат относительно меньше информации собственно о формах движения дна в эпицентре землетрясения. Наличие интенсивных низкочастотных акустических полей в очаге цунами подтверждено экспериментально во время землетрясения 25 сентября 2003, которое произошло в Тихом океане южнее острова Хоккайдо. Измерения проводились с помощью широкополосных датчиков придонного давления. Основная энергия упругих колебаний наблюдалась в диапазоне 0,05-0,4 Гц и превышала энергию волны цунами примерно в 300 раз.The proposed method, which consists in measuring at large distances from the epicenter of the earthquake, low-frequency hydroacoustic fields caused by bottom movements, allows remote sensing of tsunamigenicity of earthquakes. Since the propagation velocity of low-frequency hydroacoustic fields in the ocean is about five times higher than that of tsunami waves, they can serve as harbingers of the danger of tsunamis. At present, it has been theoretically proved that the excitation of tsunami waves by earthquakes in a compressible fluid should be accompanied by the generation of hydroacoustic fields in a wide frequency range, and their energy can exceed the energy of tsunami waves (Levin B.V., Nosov M.A. Tsunami physics. - M. : “Janus-K, 2005. 360 p.). In this case, low-frequency fields (F <1 Hz), like tsunami waves, are excited mainly due to vertical movements of the bottom in the epicenter of an earthquake. Excitation of high-frequency hydroacoustic fields (the so-called phase T) occurs on a much larger area and significantly depends on the topography of the bottom (Kadykov I.F. Acoustics of underwater earthquakes. 1986). Therefore, high-frequency hydroacoustic fields contain relatively less information per se about the forms of bottom movement in the epicenter of an earthquake. The presence of intense low-frequency acoustic fields in the tsunami center was confirmed experimentally during the earthquake of September 25, 2003, which occurred in the Pacific Ocean south of Hokkaido. The measurements were carried out using broadband bottom pressure sensors. The main energy of elastic vibrations was observed in the range of 0.05-0.4 Hz and exceeded the tsunami wave energy by about 300 times.

Конкретная реализация предлагаемого способа основана на модели волновода с упругим дном. В таком волноводе наряду с дискретным гидроакустическим полем в водной среде существует непрерывное сейсмическое поле в донном массиве (нулевая мода). Моды дискретного поля связаны между собой через упругое дно. По сути в волноводе распространяется единое сейсмогидроакустическое поле. При изменении глубины происходит адиобатическая трансформация мод в соответствии с новой критической частотой, что и обуславливает необходимость регистрации сейсмических сигналов в диапазоне частот 0,003-20 Гц, а в том случае, если указанные сигналы превышают пороговый уровень, регистрируют сильные движения дна, определяя при этом давление волн цунами на дно на частотах ниже 0,01 Гц.A specific implementation of the proposed method is based on a model of a waveguide with an elastic bottom. In such a waveguide, along with a discrete sonar field in the aquatic environment, there is a continuous seismic field in the bottom massif (zero mode). Discrete field modes are interconnected through an elastic bottom. In fact, a single seismic-hydroacoustic field propagates in the waveguide. When the depth changes, adiabatic mode transformation occurs in accordance with the new critical frequency, which necessitates the registration of seismic signals in the frequency range 0.003–20 Hz, and if these signals exceed the threshold level, strong bottom movements are recorded, determining pressure tsunami waves to the bottom at frequencies below 0.01 Hz.

Размещение системы донных сейсмографов в исследуемом регионе позволяет также путем выделения характерного сигнала определить расстояние до эпицентра землетрясения путем решения триангуляционной задачи.Placing a system of bottom seismographs in the region under study also makes it possible to determine the distance to the earthquake epicenter by solving a triangulation problem by extracting a characteristic signal.

Предлагаемый способ также может быть использован и в условиях суши.The proposed method can also be used in land conditions.

Устройства для реализации способа в широком ассортименте имеются на рынке, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения условию патентоспособности "промышленная применимость".Devices for implementing the method in a wide assortment are available on the market, which allows us to conclude that the claimed technical solution meets the patentability condition "industrial applicability".

Источники информацииInformation sources

1. Патент RU №2030769.1. Patent RU No. 2030769.

2. Авторское свидетельство SU №1251694.2. Copyright certificate SU No. 1251694.

3. Патент EP №0525391.3. EP patent No. 0525391.

4. Патент NL №9120014.4. Patent NL No. 9120014.

5. Патент EP №0509062.5. Patent EP No. 0509062.

6. Патент EP №0512756.6. EP patent No. 0512756.

7. Патент US №5131489.7. US patent No. 5131489.

8. Патент US №5128907.8. US patent No. 5128907.

9. Патент NO №923269.9. Patent NO No. 923269.

10. Патент NO №923364.10. Patent NO No. 923364.

11. Патент NO №169985.11. Patent NO No. 169985.

12. Патент EP №0516662.12. EP patent No. 0516662.

13. Патент US №5142501.13. US patent No. 5142501.

14. Патент NO №923269.14. Patent NO No. 923269.

15. Патент EP №0519810.15. EP patent No. 0519810.

16. Патент EP №0519031.16. Patent EP No. 0519031.

17. Патент CA №1310101.17. CA patent No. 1310101.

18. Патент NO №911639.18. Patent NO No. 911639.

19. Патент MO №171387.19. Patent MO No. 171387.

20. Заявка RU №2009116099.20. Application RU No. 2009116099.

Claims (1)

Способ обнаружения возможности наступления катастрофических явлений, включающий измерение параметров геофизического поля в контролируемом районе и суждение по полученным данным о возможности наступления катастрофических явлений путем непрерывных измерений с выявлением колебаний измеряемого параметра, в котором дополнительно измеряют вариации магнитного поля на частотах 0,05-0,4 Гц, а о возможности наступления катастрофического явления судят по изменению магнитуды нулевой моды, отличающийся тем, что регистрируют сейсмические сигналы в диапазоне частот 0,003-20 Гц, в том случае, если указанные сигналы превышают пороговый уровень, регистрируют сильные движения дна, определяя при этом давление волн цунами на дно на частотах ниже 0,01 Гц. A method for detecting the possibility of the onset of catastrophic phenomena, including measuring the parameters of the geophysical field in a controlled area and judging by the data obtained on the possibility of the onset of catastrophic phenomena by continuous measurements with the detection of fluctuations in the measured parameter, in which magnetic field variations are additionally measured at frequencies 0.05-0.4 Hz, and the possibility of a catastrophic event is judged by a change in the magnitude of the zero mode, characterized in that they record a seismic signal in the frequency range 0,003-20 Hz, in the event that these signals exceed the threshold level, the strong motion record bottom, defining the pressure at the bottom of the tsunami waves at frequencies below 0.01 Hz.
RU2011109424/28A 2011-03-11 2011-03-11 Method for determining probability of catastrophic phenomena RU2462734C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011109424/28A RU2462734C1 (en) 2011-03-11 2011-03-11 Method for determining probability of catastrophic phenomena

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011109424/28A RU2462734C1 (en) 2011-03-11 2011-03-11 Method for determining probability of catastrophic phenomena

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2462734C1 true RU2462734C1 (en) 2012-09-27

Family

ID=47078592

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2011109424/28A RU2462734C1 (en) 2011-03-11 2011-03-11 Method for determining probability of catastrophic phenomena

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2462734C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2738589C1 (en) * 2020-03-25 2020-12-14 Владимир Васильевич Чернявец Method for determining tsunami hazard

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2292569C1 (en) * 2005-06-14 2007-01-27 Константин Георгиевич Ставров Method of determining tsunami precursor
RU2308058C2 (en) * 2005-03-01 2007-10-10 Василий Чумбекович Цой Method for seismic sea wave control
US20090141587A1 (en) * 2004-02-23 2009-06-04 Westerngeco, L.L.C. Marine seismic survey method and system
RU2009116095A (en) * 2009-04-29 2010-11-10 ФГУП ОКБ океанологической техники РАН (RU) METHOD FOR DETECTING OPPORTUNITIES FOR THE ATTACK OF CATASTROPHIC PHENOMENA

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090141587A1 (en) * 2004-02-23 2009-06-04 Westerngeco, L.L.C. Marine seismic survey method and system
RU2308058C2 (en) * 2005-03-01 2007-10-10 Василий Чумбекович Цой Method for seismic sea wave control
RU2292569C1 (en) * 2005-06-14 2007-01-27 Константин Георгиевич Ставров Method of determining tsunami precursor
RU2009116095A (en) * 2009-04-29 2010-11-10 ФГУП ОКБ океанологической техники РАН (RU) METHOD FOR DETECTING OPPORTUNITIES FOR THE ATTACK OF CATASTROPHIC PHENOMENA

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2738589C1 (en) * 2020-03-25 2020-12-14 Владимир Васильевич Чернявец Method for determining tsunami hazard

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Nishida Ambient seismic wave field
Del Gaudio et al. What we can learn about slope response to earthquakes from ambient noise analysis: an overview
Jin et al. GNSS ionospheric seismology: Recent observation evidences and characteristics
Liu et al. Correlations between the in situ acoustic properties and geotechnical parameters of sediments in the Yellow Sea, China
RU2433425C2 (en) Method for seismic prospecting hydrocarbons and method of determining attitude of producing formations on hydrocarbons and seismic station for realising said method
De Martino et al. Four years of continuous seafloor displacement measurements in the Campi Flegrei caldera
Sgroi et al. Geohazards in the western Ionian Sea: Insights from non-earthquake signals recorded by the NEMO-SN1 seafloor observatory
Tréhu et al. Post-seismic response of the outer accretionary prism after the 2010 Maule earthquake, Chile
Akulichev et al. Remote acoustic sensing methods for studies in oceanology
RU2436134C1 (en) Method for rapid investigation of atmosphere, earth&#39;s surface and ocean
RU2346300C1 (en) Method for prediction of catastrophic phenomena
RU2462734C1 (en) Method for determining probability of catastrophic phenomena
RU2457514C1 (en) Method of determining tsunami precursor
RU2292569C1 (en) Method of determining tsunami precursor
RU2433430C2 (en) Method for determining possibility of occurrence of catastrophic phenomena
Park et al. Magnitude scaling relationships from the first 3 s of P-wave arrivals in South Korea
Geist Phenomenology of tsunamis: Statistical properties from generation to runup
RU2738589C1 (en) Method for determining tsunami hazard
RU2455664C1 (en) Method of determining tsunami precursor
Cordrie et al. Simulation of the 2004 tsunami of les saintes in guadeloupe (Lesser Antilles)
RU2466432C1 (en) Method of determining probability of catastrophic phenomena
Webb et al. Very low frequency ambient noise at the seafloor under the Beaufort Sea icecap
RU2477498C1 (en) Method of monitoring vertical distribution of sound speed in shallow water conditions
Huang et al. Taiwan borehole seismometer application in earthquake early warning
RU2410725C2 (en) Bouy hydroacoustic station for detecting signs of strong earthquakes and tsunamis