RU2433430C2 - Method for determining possibility of occurrence of catastrophic phenomena - Google Patents

Method for determining possibility of occurrence of catastrophic phenomena Download PDF

Info

Publication number
RU2433430C2
RU2433430C2 RU2010103082/28A RU2010103082A RU2433430C2 RU 2433430 C2 RU2433430 C2 RU 2433430C2 RU 2010103082/28 A RU2010103082/28 A RU 2010103082/28A RU 2010103082 A RU2010103082 A RU 2010103082A RU 2433430 C2 RU2433430 C2 RU 2433430C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
signals
possibility
sensors
seismic
catastrophic
Prior art date
Application number
RU2010103082/28A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2010103082A (en
Inventor
Виктор Валентинович Леденев (RU)
Виктор Валентинович Леденев
Павел Григорьевич Бродский (RU)
Павел Григорьевич Бродский
Виктор Сергеевич Аносов (RU)
Виктор Сергеевич Аносов
Дмитрий Герасимович Левченко (RU)
Дмитрий Герасимович Левченко
Елена Раилевна Павлюкова (RU)
Елена Раилевна Павлюкова
Валерий Павлович Леньков (RU)
Валерий Павлович Леньков
Владимир Васильевич Чернявец (RU)
Владимир Васильевич Чернявец
Антон Александрович Зайцев (RU)
Антон Александрович Зайцев
Андрей Львович Гвоздецкий (RU)
Андрей Львович Гвоздецкий
Original Assignee
Виктор Валентинович Леденев
Павел Григорьевич Бродский
Виктор Сергеевич Аносов
Дмитрий Герасимович Левченко
Елена Раилевна Павлюкова
Валерий Павлович Леньков
Владимир Васильевич Чернявец
Антон Александрович Зайцев
Андрей Львович Гвоздецкий
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 Виктор Валентинович Леденев, Павел Григорьевич Бродский, Виктор Сергеевич Аносов, Дмитрий Герасимович Левченко, Елена Раилевна Павлюкова, Валерий Павлович Леньков, Владимир Васильевич Чернявец, Антон Александрович Зайцев, Андрей Львович Гвоздецкий filed Critical Виктор Валентинович Леденев
Priority to RU2010103082/28A priority Critical patent/RU2433430C2/en
Publication of RU2010103082A publication Critical patent/RU2010103082A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2433430C2 publication Critical patent/RU2433430C2/en

Links

Landscapes

  • Geophysics And Detection Of Objects (AREA)

Abstract

FIELD: physics.
SUBSTANCE: signals at the water-ground boundary are picked up using ocean-bottom seismographs with 0.003-20 Hz wideband seismic channels, having sensors for weak seismic signals and sensors for strong bottom movements. The picked up signals are transmitted over a hydroacoustic communication channel to drift buoys and then further over a satellite channel to reference points. When processing signals, the decisive statistics used is the sum of the squares of amplitude values, which has a maximum value for the signal of the expected structure. Upon achieving the global maximum value equal to the average value between amplitude values characterised by the level of the state of natural geophysical fields, the possibility of the occurrence of catastrophic phenomena is determined.
EFFECT: broader functional capabilities, high reliability.
1 dwg

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: 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 прогноз возможных сейсмических и экологических последствий, а также при заблаговременном оповещении о землетрясениях и цунами.The invention relates to geophysics, and more specifically to methods for detecting the possibility of catastrophic phenomena occurring mainly at sea, and can be used to solve the following fundamental problems: studying the structure of the earth's crust in the waters of the oceans, studying the totality of geophysical fields in zones of tectonic faults directly at the bottom ocean, the study of the state of the marine environment in the bottom zone and its interaction with tectonic processes, geophysical monitoring are complex x hydraulic structures, rapid assessment of the seismic and hydrodynamic conditions of the regions and the forecast of possible seismic and environmental consequences, as well as with early warning of earthquakes and tsunamis.

Известно, что вследствие тектонических особенностей Земли свыше 80% всех землетрясений происходит под дном морей и океанов [1, 2]. В то же время сейсмологическая сеть расположена практически полностью на континентах и некоторых островах. Регистрация удаленных сильных морских землетрясений наземными сейсмографами приводит к большим погрешностям в определении магнитуды и координат гипоцентров, слабые морские землетрясения практически не регистрируются. Самые сильные землетрясения с магнитудой 8 и более, вызывающие в основном катастрофические волны цунами, концентрируются под океаническим дном вблизи сейсмически активных континентальных окраин. В России такими районами являются побережье Камчатки, Курильские острова и остров Сахалин. В настоящее время путем долгосрочного сейсмологического прогноза выявлены места ожидаемых сильнейших землетрясений в этом регионе. Это Авачинский залив Камчатки и пролив Буссоль между островами Урупом и Симуширом Южных Курил. Однако время наступления таких землетрясений на основе долгосрочных прогнозов определяется с погрешностью в десятки-сотни лет.It is known that due to the tectonic features of the Earth, over 80% of all earthquakes occur under the bottom of the seas and oceans [1, 2]. At the same time, the seismological network is located almost completely on the continents and some islands. Registration of remote strong sea quakes by ground seismographs leads to large errors in determining the magnitude and coordinates of hypocenters, weak sea quakes are practically not recorded. The strongest earthquakes with magnitude 8 or more, causing mainly catastrophic tsunami waves, are concentrated under the ocean floor near seismically active continental margins. In Russia, such areas are the coast of Kamchatka, the Kuril Islands and the island of Sakhalin. Currently, by means of a long-term seismological forecast, the locations of the expected strongest earthquakes in this region have been identified. This is Avacha Bay of Kamchatka and the Bussol Strait between the islands of Urup and Simushir of the South Kuril Islands. However, the time of occurrence of such earthquakes based on long-term forecasts is determined with an error of tens to hundreds of years.

Известные способы основаны на использовании глубоководных регистраторов волны цунами, установленных вдоль защищаемого побережья [3, 4]. Высота волны цунами в открытом океане в 10 см может многократно увеличиваться на мелководье и представлять существенную опасность. Поэтому при постановке на глубину, например, 3 км регистраторы должны иметь высокую чувствительность.Known methods are based on the use of deep-sea tsunami wave recorders installed along the protected coast [3, 4]. The height of the tsunami wave in the open ocean of 10 cm can increase many times in shallow water and pose a significant danger. Therefore, when setting to a depth of, for example, 3 km, registrars must have high sensitivity.

Такую чувствительность обеспечивают кварцевые измерители давления. Для измерения толщины водного слоя используют донные эхолоты. Наиболее развитые системы наблюдения и предупреждения цунами, содержащие сотни наземных сейсмографов и глубоководных регистраторов, имеются в США (DART, NOAA) и Японии (JAMSTEC). Данные системы имеют высокую стоимость и сложный программно-математический аппарат для обработки зарегистрированных сигналов.This sensitivity is provided by quartz pressure meters. To measure the thickness of the water layer, bottom sonar is used. The most developed tsunami monitoring and warning systems containing hundreds of ground-based seismographs and deep-sea recorders are available in the USA (DART, NOAA) and Japan (JAMSTEC). These systems have a high cost and a complex mathematical software for processing registered signals.

Имеется также принципиальная возможность обнаружения волн цунами с помощью спутниковых наблюдений [1, 2]. Однако для обеспечения требуемого разрешения по высоте и времени последовательного сканирования земной поверхности не хуже 10-15 минут необходимо запустить на орбиты несколько десятков спутников.There is also a fundamental possibility of detecting tsunami waves using satellite observations [1, 2]. However, to ensure the required resolution in height and time of sequential scanning of the earth's surface no worse than 10-15 minutes, several dozen satellites must be launched into orbits.

Кроме того, для выделения волн цунами, которые в открытом океане имеют высоту в несколько сантиметров, требуется сложная математическая обработка для исключения помех в виде ветровых и приливных волн, ветровых нагонов.In addition, to distinguish tsunami waves that are several centimeters high in the open ocean, complex mathematical processing is required to eliminate interference in the form of wind and tidal waves, wind surges.

Известен способ обнаружения возможности наступления катастрофических явлений [5], 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 for detecting the possibility of the onset of catastrophic phenomena [5], including measuring the parameter of the geophysical field in a controlled area and judging by the data obtained 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 отличающейся 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 either periodic or aperiodic, which requires obtaining numerous arrays of the measured parameter to identify the amplitude that is statistically significantly different from the background, in order to achieve a positive technical result.

Известен способ сейсмического микрорайонирования [6], 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 наблюдений 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 [6], including the placement of the studied 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, in order to increase reliability by taking into account the lateral effect heterogeneous rock base and deeper horizons of the geological section additionally carry out three-component registration of seismic vibrations 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 that form 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, то 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 использование данного способа имеет положительный технический эффект, то в морских условиях для прогноза возможности возникновения цунами он практически не применим ввиду того, что 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.Performing a three-component registration of seismic oscillations according to an orthogonal, oriented to potentially dangerous focal zones network of profiles really increases 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 in nature. And if in land conditions with some assumptions the use of this method has a positive technical effect, then in marine conditions it is practically not applicable for predicting the possibility of a tsunami, since it is impossible to determine the nature of the bottom deformation at significant distances (large outbreak sizes), and a significant wave a tsunami occurs only with vertical or inclined movements. False alarms lead to large material losses.

Кроме того, существенную роль в повышении точности измерения сигналов, по которым устанавливают предвестники катастрофических явлений, играет база измерений и ориентация средств измерения относительно источника. Так, например, разнос измерителей в высоких и экваториальных широтах на более чем на 10 километров при измерении электрических и магнитных компонент приводит к большим (до 50%) погрешностям измерений импеданса.In addition, the measurement base and the orientation of the measuring instruments with respect to the source play a significant role in improving the accuracy of measuring signals by which the precursors of catastrophic phenomena are established. So, for example, the spacing of meters at high and equatorial latitudes by more than 10 kilometers 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 [7-23]. 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 километров 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 километров они находятся в пределах 2 дБ, далее в промежутке от 15 до 30 километров наблюдается их резкий рост до 6 дБ. В дальнейшем в промежутке от 30 до 60 километров величина погрешности монотонно увеличивается до 7,5 дБ.Similar disadvantages are also known methods and devices designed for recording signals of seismic origin in marine conditions [7-23]. 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 is very different from the ideal model. Under the influence of external factors using acoustic means for recording signals, a shadow zone is formed located in a strip from 5 to 16 kilometers 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 kilometers, they are within 2 dB, then in the interval from 15 to 30 kilometers there is a sharp increase to 6 dB. Subsequently, in the interval from 30 to 60 kilometers, the error value monotonically increases to 7.5 dB.

Задачей заявляемого изобретения является расширение функциональных возможностей известных способов с повышением достоверности прогноза. Поставленная задача решается за счет того, что в способе обнаружения возможности наступления катастрофических явлений, включающем микрорайонирование с размещением исследуемых и опорных пунктов наблюдений на участках с различными инженерно-геологическими условиями, измерение параметров геофизического поля в контролируемом районе и суждение по полученным данным о возможности наступления катастрофических явлений, посредством донных сейсмографов с широкополосными сейсмическими каналами 0,003-20 Гц, содержащих датчики слабых сейсмических сигналов и датчики сильных движений дна, регистрируют сигналы на границе вода-грунт, транслируют зарегистрированные сигналы по гидроакустическому каналу связи на дрейфующие буи, размещенные в исследуемых пунктах, зарегистрированные сигналы с которых по спутниковому каналу связи транслируют на опорные пункты, при обработке сигналов в качестве решающей статистики используют сумму квадратов амплитуд, имеющую максимальное значение для сигнала ожидаемой структуры, при этом при достижении величины глобального максимума, равного среднему значению между амплитудами, характеризующими уровни состояния естественных геофизических полей, судят о возможности наступления катастрофического явления.The task of the invention is to expand the functionality of known methods with increasing the reliability of the forecast. The problem is solved due to the fact that in the method of detecting the possibility of the onset of catastrophic events, including micro-zoning with the placement of the investigated and reference observation points in areas with different engineering and geological conditions, measuring the parameters of the geophysical field in a controlled area and judging by the data obtained on the possibility of catastrophic events phenomena through bottom seismographs with broadband seismic channels of 0.003-20 Hz, containing sensors of weak seismic their signals and sensors of strong bottom movements, register signals at the water-ground boundary, transmit the registered signals via the hydroacoustic communication channel to drifting buoys located in the studied points, the recorded signals from which are transmitted through the satellite communication channel to reference points, when processing signals as For the decisive statistics, the sum of the squared amplitudes, having the maximum value for the signal of the expected structure, is used, while achieving a global maximum equal to the average th value of the amplitudes that characterize the levels of the state of natural geophysical fields, judge of the possibility of a catastrophic event.

Новые отличительные признаки, заключающиеся в регистрации посредством донных сейсмографов с широкополосными сейсмическими каналами 0,003-20 Гц, содержащих датчики слабых сейсмических сигналов и датчики сильных движений дна, сигналов на границе вода-грунт, трансляции зарегистрированных сигналов по гидроакустическому каналу связи на дрейфующие буи, размещенные в исследуемых пунктах, зарегистрированные сигналы с которых по спутниковому каналу связи транслируют на опорные пункты, использовании при обработке сигналов в качестве решающей статистики суммы квадратов амплитуд, имеющей максимальное значение для сигнала ожидаемой структуры, и суждении при достижении величины глобального максимума, равного среднему значению между амплитудами, характеризующими уровни состояния естественных геофизических полей, о возможности наступления катастрофического явления, позволяют получить оперативную оценку сейсмического состояния исследуемых районов с более достоверным прогнозом возможных сейсмических последствий, а также осуществить более раннее оповещение о приближающихся землетрясениях и цунами.New distinctive features consisting in registration by means of bottom seismographs with broadband seismic channels of 0.003-20 Hz, containing sensors of weak seismic signals and sensors of strong bottom movements, signals at the water-ground boundary, broadcasting of recorded signals through the hydroacoustic communication channel to drifting buoys located in the studied points, the recorded signals from which are transmitted via satellite communication channel to the reference points, used in the processing of signals as a decisive statistics of the sum of the squared amplitudes, which has the maximum value for the signal of the expected structure, and judgment when a global maximum is reached equal to the average value between the amplitudes characterizing the state levels of natural geophysical fields, about the possibility of a catastrophic phenomenon, allows you to get an operational assessment of the seismic state of the studied areas with more reliable prediction of possible seismic effects, as well as an 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.

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".

Способ реализуется посредством системы, блок-схема которой приведена на чертеже.The method is implemented by a system, a block diagram of which is shown in the drawing.

Блок-схема устройства для реализации способа включает: донный сейсмограф 1, состоящий из датчиков слабых сейсмических сигналов 2, датчиков сильных движений дна 3, цифрового многоканального накопителя информации 4, буферной памяти 5, устройства управления 6, канала гидроакустической связи 7, источника питания 8; дрейфующие буи 9, расположенные на поверхности моря и снабженные каналами гидроакустической и спутниковой связи, опорные пункты 10, искусственный спутник Земли 11. Сущность способа заключается в следующем.The block diagram of the device for implementing the method includes: a bottom seismograph 1, consisting of sensors of weak seismic signals 2, sensors of strong bottom movements 3, a digital multi-channel storage device 4, a buffer memory 5, a control device 6, a sonar channel 7, a power source 8; drifting buoys 9 located on the sea surface and equipped with channels of hydroacoustic and satellite communications, strongholds 10, artificial Earth satellite 11. The essence of the method is as follows.

Посредством датчиков слабых сейсмических сигналов, измеряющих три компоненты (горизонтальная, вертикальная и наклонная составляющие) в диапазоне 0,003-0,1 Гц, и датчиков сильных движений дна в диапазоне 0,01-20 Гц, измеряющих также три компоненты, регистрируют сигналы на границе раздела морская вода - морской грунт.By means of sensors of weak seismic signals measuring three components (horizontal, vertical and inclined components) in the range of 0.003-0.1 Hz, and sensors of strong bottom movements in the range of 0.01-20 Hz, also measuring three components, signals are recorded at the interface sea water - sea soil.

В качестве сейсмических датчиков для реализации заявленного способа применены акустический сейсмический датчик, 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 сейсмический приемник типа СМ-5 (велосиметр), включающий три сейсмических датчика с частотным диапазоном регистрации сейсмических сигналов 0.003-20 Гц, полный динамический диапазон не менее 120 дБ. В качестве донного датчика давления применен датчик с диапазоном до 600 атм с погрешностью измерений 0,03%.As seismic sensors for the implementation of the claimed 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 band and center frequency 30 Hz is at least 60 dB, as well as an SM-5 type seismic receiver (cycle meter), including three seismic sensors with a recording frequency range with Amplitude signals 0.003-20 Hz, full dynamic range of at least 120 dB. A sensor with a range of up to 600 atm with a measurement error of 0.03% was used as a bottom pressure sensor.

Зарегистрированные сигналы подвергаются обработке для каждого конкретного момента времени для получения временной зависимости в границах, характеризующих уровни состояния естественных геофизических полей.The recorded signals are processed for each specific point in time to obtain a time dependence within the boundaries characterizing the state levels of natural geophysical fields.

Устройство управления 6 анализирует уровень сигналов, поступающих от датчиков слабых сейсмических сигналов 2, и, в случае повышения порогового уровня, включает датчики сильных движений 3, а в случае существенных вертикальных или наклонных скоростей смещения элементов движения дна формирует пакет сообщений, который по гидроакустическому каналу связи 7 передается на дрейфующий буй 9. Поскольку устройство управления 6 работает с инерцией, то для исключения потери первых вступительных сильных движений дна сигналы с выходов датчиков слабых сигналов непрерывно регистрируют в буферную память 5, которые затем используются для определения элементов движения дна и регистрируются в цифровом многоканальном накопителе информации 4. При этом пороговый уровень определяется путем усреднения за длительный период времени сейсмических шумов, поступающих с выходов датчиков слабых сейсмических сигналов 2.The control device 6 analyzes the level of signals received from the sensors of weak seismic signals 2, and, in the case of increasing the threshold level, turns on the sensors of strong movements 3, and in the case of significant vertical or inclined velocities of the displacement of the bottom movement elements, generates a message packet that via the hydroacoustic communication channel 7 is transmitted to the drifting buoy 9. Since the control device 6 operates with inertia, to eliminate the loss of the first introductory strong bottom movements, the signals from the outputs of the sensors are weak with latter is present continuously recorded in the buffer memory 5, which are then used to determine the motion of the bottom element and recorded in the digital multi-channel information storage 4. In this case, the threshold level is determined by averaging over a long time period seismic noise coming from the outputs of weak seismic sensor 2 signals.

Принятые приемной антенной гидроакустического канала связи дрейфующего буя 9 сигналы формируются в информационные пакеты для передачи на опорные пункты 10 через искусственные спутники Земли 11. Аналогами алгоритма преобразования данных являются методы преобразования данных, описанные в источнике: Ильин А.А., Маринич А.Н. и др. Цифровые терминалы спутниковых систем связи. - СПб.: Deau, 2005, с.77-78, 89. В качестве антенны спутниковой связи на дрейфующем буе 9 установлена антенна линейной поляризации в виде несимметричного полуволнового штыревого вибратора, обеспечивающая наилучшие энергетические характеристики в области малых углов места спутниковых аппаратов.The signals received by the receiving antenna of the hydroacoustic communication channel of the drifting buoy 9 are formed into information packets for transmission to reference points 10 via artificial Earth satellites 11. The data conversion methods described in the source are analogs of the data conversion algorithm: Ilyin A.A., Marinich A.N. et al. Digital terminals of satellite communication systems. - SPb .: Deau, 2005, p.77-78, 89. As a satellite communication antenna on the drifting buoy 9 installed linear antenna polarization in the form of an asymmetric half-wave pin vibrator, providing the best energy characteristics in the region of small elevation angles of satellite devices.

Гидроакустический канал связи обеспечивает дальность до 8000 м с диапазоном частот сигналов переносчиков команд 7-10 кГц.The hydro-acoustic communication channel provides a range of up to 8000 m with a frequency range of signal transmitters commands 7-10 kHz.

При обработке сигналов в качестве решающей статистики используется сумма квадратов амплитуд, имеющая максимальное значение для сигнала ожидаемой структуры. Вычисления выполняются для каждого момента времени для получения временной зависимости для каждого поля. Присутствие в ней максимума означает наличие в источнике ожидаемой структуры возбуждения того или иного поля. Глобальный максимум соответствует времени прихода совокупного принятого сигнала. При достижении величины глобального максимума, равного среднему значению между амплитудами, характеризующими уровни состояния естественных геофизических полей, судят о возможности наступления катастрофического явления. Предлагаемый способ также может быть использован и в условиях суши. Устройства для реализации способа в широком ассортименте имеются на рынке, что позволяет сделать вывод о соответствии заявленного технического решения условию патентоспособности "промышленная применимость".When processing signals, the sum of the squared amplitudes having the maximum value for the signal of the expected structure is used as the decisive statistic. Calculations are performed for each point in time to obtain a time dependence for each field. The presence of a maximum in it means the presence in the source of the expected structure of the excitation of a field. The global maximum corresponds to the arrival time of the cumulative received signal. Upon reaching a global maximum equal to the average value between the amplitudes characterizing the state levels of natural geophysical fields, one judges about the possibility of a catastrophic phenomenon. The proposed method can also be used in land conditions. 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. Соловьев С.Л. История и перспективы развития морской сейсмологии. - М.: Наука, 1986.1. Soloviev S.L. History and development prospects of marine seismology. - M.: Science, 1986.

2. Левин Б.В., Носов М.А. Физика цунами. - М.: «Янус-К», 2005.2. Levin B.V., Nosov M.A. Tsunami physics. - M .: "Janus-K", 2005.

3. Система предупреждения цунами «DART-II», http://www.noaanews.noaa.gov/stories 2006/1 sunami- dart - two -buoy2/.3. Tsunami warning system “DART-II”, http://www.noaanews.noaa.gov/stories 2006/1 sunamidart - two -buoy2 /.

4. Prothero W.A. Ocean bottom seismometer technology // EOS. Trans. Amer. Geoph. Un. 1984, v.65, №13, p.113-116.4. Prothero W.A. Ocean bottom seismometer technology // EOS. Trans. Amer. Geoph. Un. 1984, v. 65, No. 13, p. 113-116.

5. RU 2030769, 10.03.1995.5. RU 2030769, 03/10/1995.

6. SU 1251694, 30.07.1994.6. SU 1251694, 07.30.1994.

7. EP 0525391, 03.02.1993.7. EP 0525391, 03/03/1993.

8. NL 9120014, 04.01.1993.8. NL 9120014, 01/04/1993.

9. EP 0509062, 21.10.1992.9. EP 0509062, 10.21.1992.

10. EP 0512756, 11.11.1992.10. EP 0512756, 11.11.1992.

11. US 5131489, 21.07.1992.11. US 5131489, 07.21.1992.

12. US 5128907, 07.07.1992.12. US 5128907, 07/07/1992.

13. NO 923269, 20.08.1992.13.NO 923269, 08.20.1992.

14. NO 923364, 27.10.1992.14.NO 923364, 10.27.1992.

15. NO 169985, 04.05.1987.15.NO 169985, 05/04/1987.

16. EP 0516662, 09.12.1992.16. EP 0516662, December 9, 1992.

17. US 5142501, 25.08.1992.17. US 5142501, 08.25.1992.

18. NO 923269, 20.08.1992.18.NO 923269, 08.20.1992.

19. EP 0519810, 23.12.1992.19. EP 0519810, 12.23.1992.

20. EP 0519031, 23.12.1992.20. EP 0519031, 12/23/1992.

21. CA 1310101, 10.11.1992.21. CA 1310101, 11/10/1992.

22. NO 911639, 26.10.1992.22.NO 911639, 10.26.1992.

23. NO 171387, 06.04.1992.23.NO 171387, 04/06/1992.

Claims (1)

Способ обнаружения возможности наступления катастрофических явлений, включающий микрорайонирование с размещением исследуемых и опорных пунктов наблюдений на участках с различными инженерно-геологическими условиями, измерение параметров геофизического поля в контролируемом районе и суждение по полученным данным о возможности наступления катастрофических явлений, отличающийся тем, что посредством донных сейсмографов с широкополосными сейсмическими каналами 0,003-20 Гц, содержащих датчики слабых сейсмических сигналов и датчики сильных движений дна, регистрируют сигналы на границе вода - грунт, транслируют зарегистрированные сигналы по гидроакустическому каналу связи на дрейфующие буи, размещенные в исследуемых пунктах, зарегистрированные сигналы с которых по спутниковому каналу связи транслируют на опорные пункты, при обработке сигналов в качестве решающей статистики используется сумма квадратов амплитуд, имеющая максимальное значение для сигнала ожидаемой структуры, при этом при достижении величины глобального максимума, равной среднему значению между амплитудами, характеризующими уровни состояния естественных геофизических полей, судят о возможности наступления катастрофического явления. A method for detecting the possibility of the onset of catastrophic events, including micro-zoning with the placement of the investigated and reference points of observation in areas with different engineering and geological conditions, measuring the parameters of the geophysical field in the controlled area and judging by the received data on the possibility of catastrophic events, characterized in that by means of bottom seismographs with broadband seismic channels of 0.003-20 Hz, containing weak seismic signal sensors and strong sensors x bottom movements, register signals at the water-ground boundary, transmit registered signals via a hydroacoustic communication channel to drifting buoys located in the studied points, the recorded signals from which are transmitted via satellite communication channel to reference points, when processing the signals, the sum is used as the decisive statistics squares of amplitudes, having a maximum value for the signal of the expected structure, while achieving a global maximum equal to the average value between amplitudes rows, characterized by levels of the state of natural geophysical fields, judge of the possibility of a catastrophic event.
RU2010103082/28A 2010-01-29 2010-01-29 Method for determining possibility of occurrence of catastrophic phenomena RU2433430C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2010103082/28A RU2433430C2 (en) 2010-01-29 2010-01-29 Method for determining possibility of occurrence of catastrophic phenomena

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2010103082/28A RU2433430C2 (en) 2010-01-29 2010-01-29 Method for determining possibility of occurrence of catastrophic phenomena

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2010103082A RU2010103082A (en) 2011-08-10
RU2433430C2 true RU2433430C2 (en) 2011-11-10

Family

ID=44754078

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2010103082/28A RU2433430C2 (en) 2010-01-29 2010-01-29 Method for determining possibility of occurrence of catastrophic phenomena

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2433430C2 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2489736C1 (en) * 2011-12-26 2013-08-10 Дмитрий Герасимович Левченко Method of determining probability of catastrophic phenomena
RU2547161C2 (en) * 2013-07-15 2015-04-10 Открытое акционерное общество "Государственный научно-исследовательский навигационно-гидрографический институт" (ОАО "ГНИНГИ") Development of marine deep sea oil-and-gas deposits

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Чебров В.Н. и др. Макет опорной (базовой) сейсмической станции "Петропавловск" для службы предупреждения о цунами / Труды региональной НТК "Геофизический мониторинг и проблемы сейсмической безопасности Дальнего Востока России, 11-17 нояб. 2007 г. - Петропавловск-Камчатский: ГС РАН, 2008, стр.142-149. *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2489736C1 (en) * 2011-12-26 2013-08-10 Дмитрий Герасимович Левченко Method of determining probability of catastrophic phenomena
RU2547161C2 (en) * 2013-07-15 2015-04-10 Открытое акционерное общество "Государственный научно-исследовательский навигационно-гидрографический институт" (ОАО "ГНИНГИ") Development of marine deep sea oil-and-gas deposits

Also Published As

Publication number Publication date
RU2010103082A (en) 2011-08-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Jin et al. GNSS ionospheric seismology: Recent observation evidences and characteristics
Genrich et al. Instantaneous geodetic positioning with 10–50 Hz GPS measurements: Noise characteristics and implications for monitoring networks
Kato et al. Real-time observation of tsunami by RTK-GPS
US20130328688A1 (en) Earthquake warning system
Zhao et al. Ionospheric and geomagnetic disturbances caused by the 2008 Wenchuan earthquake: A revisit
RU2617525C1 (en) Anchored profiling underwater observatory
RU2433425C2 (en) Method for seismic prospecting hydrocarbons and method of determining attitude of producing formations on hydrocarbons and seismic station for realising said method
Psimoulis et al. Detection of ground motions using high-rate GPS time-series
CN106768179A (en) The measuring method of the tidal level based on continuous operation GNSS stations signal-to-noise ratio data
RU2436134C1 (en) Method for rapid investigation of atmosphere, earth's surface and ocean
Farghal et al. The potential of using fiber optic distributed acoustic sensing (DAS) in earthquake early warning applications
Yasyukevich et al. The response of the ionosphere to the earthquake in Japan on March 11, 2011 as estimated by different GPS-based methods
Tréhu et al. Post-seismic response of the outer accretionary prism after the 2010 Maule earthquake, Chile
RU2748132C1 (en) Method for detecting the possibility of a tsunami
RU2433430C2 (en) Method for determining possibility of occurrence of catastrophic phenomena
RU2346300C1 (en) Method for prediction of catastrophic phenomena
RU2457514C1 (en) Method of determining tsunami precursor
Xie et al. Integrating distributed acoustic sensing and computer vision for real-time seismic location of landslides and rockfalls along linear infrastructure
RU2545159C1 (en) Anchored profiling underwater observatory
RU2738589C1 (en) Method for determining tsunami hazard
Vassallo et al. A comparison of sea-floor and on-land seismic ambient noise in the Campi Flegrei caldera, southern Italy
RU2451310C1 (en) Method for determining probability of catastrophic phenomena
RU2462734C1 (en) Method for determining probability of catastrophic phenomena
Padokhin et al. GNSS Reflectometry of the Black Sea level in the experiments at the Stationary Oceanographic Platform
Chen et al. Multisite remote sensing for tsunami-induced waves