RU105475U1 - Система для оценки основных характеристик ожидаемого сильного цунамигенного землетрясения - Google Patents

Abstract

1. Система для оценки основных характеристик ожидаемого сильного цунамигенного землетрясения, содержащая блок регистрации сейсмических событий с комплекса сейсмических станций, блок первичной и сводной обработки данных геомониторинга, блок сейсмотектонического анализа данных геомониторинга и построения моделей сейсмогенерирующих структур с применением средств современных ГИС-технологий, состоящий из регистрирующего узла для определения параметров перемещений в пунктах измерений с использованием ГЛОНАСС-GPS и узла оценки деформационных процессов и определения эпицентра, времени и магнитуды ожидаемого сильного землетрясения, блок анализа данных для выделенной очаговой области подготовки сильного цунамигенного землетрясения, состоящий из узла оконтуривания, узла сопоставительного анализа и построения модели пространственного и временного распределения сейсмических событий, узла построения основного прогностического признака, узла контрастирования прогностического признака, узла пространственно-временного анализа, узла восстановления данных инструментальных наблюдений и узла оценки параметра «время», блок оценки параметров ожидаемого сильнейшего землетрясения, состоящий из узла контроля и уточнения времени наступления ожидаемого цунамигенного землетрясения, узла оценки местоположения гипоцентра и узла оценки магнитуды основного толчка, причем данные с блока регистрации сейсмических событий поступают в блок первичной и сводной обработки данных геомониторинга, а далее в блок сейсмотектонического анализа данных геомониторинга и построения моделей сейсмогенерирующих структур, из уз

Description

Полезная модель в виде системы относится к геофизике и может быть использована при прогнозе катастрофических сейсмических явлений, в том числе цунамигенного землетрясения при определении времени, места и магнитуды ожидаемого сильного землетрясения и контроля изменений параметров прогноза при поступлении новых данных о форшоках для выделенной очаговой области в режиме реального времени с использованием многопроцессорной вычислительной техники.

Известна система, включающая в себя измерители наблюдаемого параметра, разнесенные на измерительной базе полигона, подключенные к вычислительной сети компьютеров (Патент РФ №2335000, приоритет 22.03.2007, МПК G01V 1/00 «Система измерений предвестника землетрясений»). Каждый из измерителей содержит тракт приема акустических волн из последовательно подключенных гидрофона с поворотной антенной кругового обзора, помещенных в естественный водоем полигона, политрона, спектроанализатора, детекторной секции, усилителя и аналого-цифрового преобразователя, подключенного на вход компьютера.

Недостатками известной системы, снижающими ее надежность и ограничивающим область применения, является то, что она не обеспечивает точность результата прогнозирования искомых параметров цунамигенного землетрясения, поскольку существуют объективные трудности получения данных от систем гидрофизического мониторинга в исследуемых морских акваториях в части обработки и анализа акустических сигналов в широком спектре частот. В этой связи возникают трудности выполнения практических исследований по калибровке акустических сигналов от изучаемых очаговых зон для заданных пунктов приема этих сигналов с целью построения соответствующих прогностических номограмм.

Известна система для осуществления известного способа, выбранная в качестве прототипа (Патент РФ на изобретение №2370790, приоритет 16.06.2008, МПК G01V 1/00 «Способ определения времени, места и магнитуды землетрясения»). Известная система выполнена, содержащей следующие блоки: блок проведения регистрации изучаемых полей, путем размещения в исследуемых зонах набора пунктов измерений определенных геофизических величин, а также использованием стационарных сейсмостанций, где параметры перемещений в пунктах измерений, определяются с использованием спутниковой навигации ГЛОНАСС-GPS. блок обработки и анализа данных для выявления сейсмогенерирующих зон, потенциально опасных для оснований сооружений различного назначения, и обнаружение аномалий, обусловленных деформированием горных пород вышеуказанных зон, а также проведение пространственно-временного анализа с картированием аномалий и выделением предвестников (форшоков) землетрясений, блок прогнозирования, где для выбранных форшоков рассчитываются корреляционные зависимости между моментной магнитудой Mw для прогнозируемого сильного землетрясения, числом форшоков N и временным интервалом T от начала проявления последних до текущего момента времени, определяют местоположение эпицентра прогнозируемого сильного землетрясения на карте.

Недостатками известной системы является то, что применение в настоящее время не дает надежный результат, т.к. пока не существует адекватной единой модели процессов в очаге готовящегося землетрясения, поскольку в конкретной сейсмоактивной очаговой зоне одновременно присутствует уникальный набор эндогенных воздействий различной природы и действуют различные конкурирующие механизмы возможной разрядки напряженно-деформированного состояния среды. Все это снижает точность оценок искомых параметров прогнозируемого сильного землетрясения даже при использовании комбинации различных данных, полученных различными системами наблюдений, поскольку в указанной системе непосредственно прогноз параметров ожидаемого сильного землетрясения основан на использовании только корреляционных (статистических) зависимостей, проверка на адекватность которых для каждой конкретной исследуемой очаговой области требует также длительного периода наблюдений, т.е. для применения требуется учет особенностей каждого изучаемого очага, что резко снижает степень универсальности этого способа и его эффективность.

Перед авторами ставилась задачей создать систему для оценки основных параметров ожидаемого сильнейшего цунамигенного землетрясения путем построения и контроля выявленных основных прогностических признаков процесса подготовки главного сейсмического события на основе применения новых процедур обработки и анализа каталога «индикаторных» сейсмических событий (форшоков) для обнаруженной и выделенной сейсмоактивной и цунамигенной очаговой области по инструментальным данным комплексного сейсмического мониторинга, которая позволяла бы повысить точность расчетов.

Поставленная задача решается тем, что система для оценки основных характеристик ожидаемого сильного цунамигенного землетрясения, включает в себя блок регистрации сейсмических событий комплексом сейсмических станций и приема информации в специализированном обрабатывающем центре, блок первичной и сводной обработки данных геомониторинга, блок специализированного сейсмотектонического анализа данных геомониторинга и построения моделей сейсмогенерирующих структур с применением средств современных ГИС-технологий, состоящий из регистрирующего узла для определения параметров перемещений в пунктах измерений, с использованием спутниковой навигации ГЛОНАСС-GPS, и узла оценки деформационных процессов, блок анализа данных для выделенной очаговой области подготовки сильного цунамигенного землетрясения, состоящий из узла оконтуривания и узла сопоставительного анализа и построения модели пространственного и временного распределения сейсмических событий, а также блок специализированного анализа данных для выделенной очаговой области подготовки сильного цунамигенного землетрясения.

Дополнительно в нее включен блок оценки параметров ожидаемого сильнейшего землетрясения, состоящий из узла контроля и уточнения времени наступления ожидаемого цунамигенного землетрясения, узла оценки местоположения гипоцентра и узла оценки магнитуды основного толчка. А блок анализа данных для выделенной очаговой области подготовки сильного цунамигенного землетрясения дополнительно оснащен узлом построения основного прогностического признака и узлом оценки параметра «время», а также узлом пространственно-временного анализа, узлом контрастирования «прогностических признаков» и узлом восстановления данных инструментальных наблюдений.

Технический эффект заявляемой полезной модели заключается в том, что система проводя оценку основных характеристик ожидаемого сильного цунамигенного землетрясения местоположение, время и магнитуда позволяет повысить точность расчетов в несколько раз. Это обеспечивается тем, что, заявляемая система позволяет предсказать время сильного цунамигенного землетрясения за одни сутки с точностью до 6 часов, местоположение эпицентра с точностью до 5 км от ожидаемого и магнитуду этого землетрясения с точностью до 0.25 балла от ожидаемого значения, что позволяет заблаговременно оценить степень цунамигенности ожидаемого землетрясения, степень сейсмической опасности для защищаемой территории, промышленных объектов и объектов инфраструктуры, а также в случае необходимости выполнить необходимые мероприятия по предупреждению населения об опасности цунами и провести эвакуацию людей из опасной прибрежной зоны.

Заявляемое техническое решение поясняется блок-схемой системы, представленной на фиг.1, где 1 - заявляемая система, 2 - блок регистрации сейсмических событий системой сейсмических станций и приема информации в Обрабатывающем центре, 3 - блок первичной и сводной обработки данных геомониторинга в Обрабатывающем центре, 4 - блок сейсмотектонического анализа данных геомониторинга и построения моделей сейсмогенерирующих структур с применением средств современных ГИС-технологий, 5 - регистрирующий узел для определения параметров перемещений в пунктах измерений, 6 - узел оценки деформационных процессов, 7 - блок специализированного анализа данных для выделенной очаговой области подготовки сильного цунамигенного землетрясения, 8 - узел оконтуривания, 9 - узел сопоставительного анализа и построения модели пространственного и временного распределения сейсмических событий, 10 - узел построения основного «прогностического признака», 11 - узел контрастирования «прогностического признака», 12 - узел пространственно-временного анализа, 13 - узел восстановление данных инструментальных наблюдений, 14 - узел оценки параметра «время», 15 - блок оценки параметров ожидаемого сильнейшего землетрясения узел, 16 - контроля и уточнения времени наступления ожидаемого цунамигенного землетрясения, узел 17 - оценки местоположения гипоцентра, узел 18 - оценки магнитуды основного толчка. 19 - комплекс сейсмических станций, 20 - спутниковая навигация ГЛОНАСС-GPS.

Заявляемая система 1 система для оценки основных характеристик ожидаемого сильного цунамигенного землетрясения, предназначена для прогноза катастрофических сейсмических явлений, в том числе цунамигенного землетрясения, при определении времени, места и магнитуды ожидаемого сильного землетрясения и контроля изменений параметров прогноза при поступлении новых данных о форшоках для выделенной очаговой области в режиме реального времени с использованием многопроцессорной вычислительной техники.

Принцип работы заявляемого устройства можно пояснить на основе сигнала поступающего от сейсмических станций в 2 блок регистрации сейсмических событий комплексом 19 сейсмических станций и приема информации в обрабатывающем центре. Регистрация землетрясений осуществляется на основе созданного комплекса 19 сейсмических станций, расставленных на сейсмоактивной территории для наблюдения за сейсмическим режимом известных очаговых зон.

Дополнительные датчики, расположенные в местах установки сейсмоприемников, осуществляют регистрацию сопутствующих геофизических полей, что позволяет контролировать определенные виды предвестников ожидаемого сильного землетрясения. В результате 2 выполнен для создания наборов цифровых данных (сейсмограмм) с записями регистрации сейсмических событий, а также записей регистрации (цифровые данные) сопутствующих эффектов наблюдаемых геофизических полей.

Далее информация поступает в 3 блок первичной и сводной обработки данных геомониторинга, который выполнен для стандартной первичной обработки данных и сводной обработки данных сейсмического мониторинга и геомониторинга сопутствующих геофизических полей и создание каталога землетрясений и номограмм развития сопутствующих геофизических полей.

Далее, анализ полученной информации выполняется в 4 блок сейсмотектонического анализа данных геомониторинга и построения моделей сейсмогенерирующих структур с применением средств современных ГИС-технологий, состоящий из 5 регистрирующего узла для определения параметров перемещений в пунктах измерений, с использованием 20 спутниковой навигации ГЛОНАСС-GPS, и узла 6 оценки деформационных процессов.

По полученному в 3 каталогу землетрясений и номограммам развития сопутствующих геофизических полей в узле 6 оценивает сейсмическую обстановку на исследуемой сейсмоактивной территории и делает вывод о степени активности различных очаговых зон сильных землетрясений, расположенных на изучаемой территории. Ранжирование соответствующих очаговых зон по степени сейсмической опасности (по количеству сейсмической энергии, выделившейся за данный период наблюдений) позволяет перейти к детальному анализу зоны, для которой наблюдается повышенный фон сейсмической активности и которая представляет существенную угрозу для защищаемой территории и объектов, таким образом, выявляются местоположения сейсмогенерирующих зон для последующего прогнозирования.

Для выделенной очаговой (сейсмогенерирующей) зоны, для которой зарегистрированы и выделены сейсмические предвестники - землетрясения умеренной силы (форшоки), узел 5 который выполнен для определения параметров перемещений в пунктах измерений, с использованием 20 спутниковой навигации ГЛОНАСС-GPS, а узел 6 при этом выполнен для выделения и описания деформационных процессов. Далее выполняется оценивание деформационных процессов путем сопоставления параметров вышеупомянутых перемещений с результатами обработки сейсмограмм по этим форшокам.

Также для выделенной очаговой области, на основе информации полученной в 3, узел 6 осуществлен для анализа имеющихся сейсмотектонических данных для выявления и уточнения местоположения «сейсмических брешей» (геометрические размеры, ориентация, диапазон магнитуд и другие параметры наблюдаемых землетрясений) - зоны аномального сейсмического затишья (регистрируется уменьшение магнитуды высокоэнергетических землетрясений) для изучаемого выделенного очага.

Далее, узел 6 выполнен для построения геотектонической модели области изучаемого очага и выделенных сейсмогенерирующих структур, с учетом имеющихся результатов анализа особенностей современной сейсмотектонической обстановки в этой области, полученных из различных источников. Построение моделей сейсмогенерирующих структур осуществляется с применением средств современных ГИС-технологий.

На заключительном этапе в 4, в узел 6 осуществлен для определения эпицентра, времени и магнитуды прогнозируемого сильного землетрясения в среднесрочном плане (месяцы) по известным апробированном моделям среднесрочного прогноза и информация поступает в 7.

7 блок специализированного анализа данных для выделенной очаговой области подготовки сильного цунамигенного землетрясения состоит из 8 узла оконтуривания, узла 9 сопоставительного анализа и построения модели пространственного и временного распределения сейсмических событий, узла 10 построения основного «прогностического признака», узла 11 контрастирования «прогностического признака», узла 12 пространственно-временного анализа, узла 13 восстановление данных инструментальных наблюдений, узла 14 оценки параметра «время».

В 7 выполнен для обеспечения анализа комплекса данных по выделенной очаговой области для того, чтобы непосредственно начать процедуру адаптивной оценки (прогноза) параметров ожидаемого сильного землетрясения.

Узел 8 служит для осуществления оконтуривания области подготовки сильного цунамигенного землетрясения для исследуемой сейсмоактивной и цунамигенной зоны для заданного набора сейсмических событий в определенном диапазоне по широте, долготе и глубине гипоцентров землетрясений анализируемого каталога землетрясений, осуществляется на основе данных из 6.

На основе данных построенных в 8 узел 9 выполняет сопоставительный анализ и построение модели пространственного и временного распределения сейсмических событий, выделение структурных особенностей в пространственно-временных последовательностях «индикаторных» событий (форшоках) для этой области на основе каталога землетрясений в указанном диапазоне величин их характеристик, с визуализацией этих структурных особенностей в заданных пространственно-временных плоскостях.

Далее узел 10 служит для построения основного «прогностического признака» так называемого «энергетического клина» в случае обнаружения стадии возникновения форшоков для изучаемой очаговой области. Построение осуществляет на основе данных из 9 путем выделения и визуализация соответствующей временной последовательности в рамках диаграммы «магнитуда-время» индикаторных низкоэнергетических и высокоэнергетических сейсмических событий.

Далее на основе данных из 8 узел 11 осуществляет контрастное выделение «прогностических признаков» на основе процедуры коррекции местоположения первоначально выделенной очаговой области (зоны).

Узел 12 выполнен для пространственно-временного анализа и реализует завершающий этап пространственно-временного анализа параметров землетрясений умеренной силы (форшоков) для выделенной очаговой области подготовки сильного землетрясения, который осуществляет анализ на основе данных из 11 для последующей оценки параметров ожидаемого цунамигенного землетрясения.

Далее узел 13 служит для восстановления данных инструментальных наблюдений на основе разработанных процедур численного анализа данных выполняет восстановление инструментальных наблюдений и построение аппроксимационных функций осуществляет на основе данных из 12 оценку особенностей поведения аппроксимационных функций (линий) для выделенных экстремальных индикаторных сейсмических событий (форшоков).

Далее узел 14 оценки параметра «время» выполнен для осуществления на основе данных из 13 оценку параметра «время». Здесь узел 14 осуществляет решение задачи экстраполяции на данных, которые заданы неточно с учетом погрешности, т.е. численно решает уравнение на интервальных данных.

Далее данные поступают в 15 блок оценки параметров ожидаемого сильнейшего землетрясения, состоящий из узла 16 контроля и уточнения времени наступления ожидаемого цунамигенного землетрясения, узла 17 оценки местоположение гипоцентра (широта, долгота и глубина), узла 18 оценки магнитуды сильного цунамигенного землетрясения.

Далее в 15 узел 16 контроля и уточнения времени наступления ожидаемого цунамигенного землетрясения, выполнен для осуществления на основе новых данных сейсмического мониторинга для выделенной очаговой области уточнение времени наступления ожидаемого цунамигенного землетрясения.

Затем в 15 узел 17 оценки местоположения гипоцентра (широта, долгота и глубина) ожидаемого цунамигенного землетрясения, выполнен для осуществления оценки местоположения гипоцентра на основе новых данных из 16 по мере развития сейсмических событий в наблюдаемой очаговой области.

Далее в 15 узел 18 оценки магнитуды основного толчка изучаемого процесса, выполнен для оценки с помощью данных из 16 и 17 магнитуду основного толчка.

Преимуществом заявляемой полезной модели заключается в том, что для обнаруженной и выделенной сейсмоактивной и цунамигенной очаговой области по инструментальным данным сейсмического мониторинга, на основе применения новых процедур обработки и анализа каталога «индикаторных» сейсмических событий (форшоков), решается задача повышения точности оценок основных параметров ожидаемого сильнейшего цунамигенного землетрясения, путем построения и контроля выявленных основных прогностических признаков процесса.

Claims (1)

1. Система для оценки основных характеристик ожидаемого сильного цунамигенного землетрясения, содержащая блок регистрации сейсмических событий с комплекса сейсмических станций, блок первичной и сводной обработки данных геомониторинга, блок сейсмотектонического анализа данных геомониторинга и построения моделей сейсмогенерирующих структур с применением средств современных ГИС-технологий, состоящий из регистрирующего узла для определения параметров перемещений в пунктах измерений с использованием ГЛОНАСС-GPS и узла оценки деформационных процессов и определения эпицентра, времени и магнитуды ожидаемого сильного землетрясения, блок анализа данных для выделенной очаговой области подготовки сильного цунамигенного землетрясения, состоящий из узла оконтуривания, узла сопоставительного анализа и построения модели пространственного и временного распределения сейсмических событий, узла построения основного прогностического признака, узла контрастирования прогностического признака, узла пространственно-временного анализа, узла восстановления данных инструментальных наблюдений и узла оценки параметра «время», блок оценки параметров ожидаемого сильнейшего землетрясения, состоящий из узла контроля и уточнения времени наступления ожидаемого цунамигенного землетрясения, узла оценки местоположения гипоцентра и узла оценки магнитуды основного толчка, причем данные с блока регистрации сейсмических событий поступают в блок первичной и сводной обработки данных геомониторинга, а далее в блок сейсмотектонического анализа данных геомониторинга и построения моделей сейсмогенерирующих структур, из узла оценки деформационных процессов и определения эпицентра, времени и магнитуды ожидаемого сильного землетрясения указанного блока информация поступает в узел оконтуривания блока анализа данных для выделенной очаговой области подготовки сильного цунамигенного землетрясения, затем в узел сопоставительного анализа и построения модели пространственного и временного распределения сейсмических событий, а далее в узел построения основного прогностического признака, на основе данных из узла оконтуривания узел контрастирования прогностического признака осуществляет контрастное выделение прогностических признаков на основе процедуры коррекции местоположения первоначально выделенной очаговой зоны, полученные данные поступают в узел пространственно-временного анализа, далее в узел восстановления данных инструментальных наблюдений, а затем в узел оценки параметра «время», данные с которого поступают в узел контроля и уточнения времени наступления ожидаемого цунамигенного землетрясения блока оценки параметров ожидаемого сильнейшего землетрясения, данные с узла контроля и уточнения времени наступления ожидаемого цунамигенного землетрясения поступают в узел оценки местоположения гипоцентра, после чего данные с узлов оценки параметра «время» и местоположения гипоцентра поступают в узел оценки магнитуды основного толчка.