SU1674034A1

SU1674034A1 - Method of early warning of earthquake

Info

Publication number: SU1674034A1
Application number: SU894681094A
Authority: SU
Inventors: Михаил Борисович Гохберг; Валерий Трифонович Левшенко
Original assignee: Институт физики Земли им.О.Ю.Шмидта
Priority date: 1989-04-18
Filing date: 1989-04-18
Publication date: 1991-08-30

Abstract

Изобретение относитс к области сейсмологии и может быть использовано дл оповещени особо важных объектов, таких как АЭС, химические комбинаты, высоковольтные станции и др. Цель - повышение надежности и помехоустойчивости. В качестве колебаний от землетр сений регистрируют низкочастотное электромагнитное излучение в диапазоне 0,02 - 2 Гц и электрическое поле, определ ют вектор Пойнтинга, а по направлению и заданной абсолютной величине вектора Пойнтинга определ ют факт регистрации сейсмического событи и включают систему оповещени и защиты. При этом пункты наблюдени размещают либо непосредственно под объектом, либо на рассто нии до 1 км., а измерени провод т в скважинах ниже водоносного горизонта. 2 з.п. ф-лы.The invention relates to the field of seismology and can be used to signal particularly important objects such as nuclear power plants, chemical plants, high-voltage stations, etc. The goal is to increase reliability and noise immunity. Low-frequency electromagnetic radiation in the range of 0.02-2 Hz and an electric field are recorded as oscillations from earthquakes, the Poynting vector is determined, and the fact that a seismic event is recorded is determined by the direction and the specified absolute value of the Poynting vector and includes an alert and protection system. At the same time, observation points are located either directly under the object, or at a distance of up to 1 km, and measurements are carried out in wells below the aquifer. 2 hp f-ly.

Description

СПSP

СWITH

Изобретение относитс к сейсмологии и может быть использовано дл оповещени особо важных объектов, расположенных в эпицентральной зоне землетр сени , до прихода ударной волны.The invention relates to seismology and can be used to alert particularly important objects located in the epicentral zone of the earthquake, before the arrival of the shock wave.

Целью изобретени вл етс повышение надежности и помехоустойчивости.The aim of the invention is to improve reliability and noise immunity.

Способ осуществл етс следующим образом .The method is carried out as follows.

Вблизи охран емого объекта на рассто нии до 1 мкм размещаетс не менее трех пунктов наблюдени . Каждый пункт наблюдени включает в себ трехкомпонентную систему индукционных магнитных датчиков , а также трехэлектродную установку дл измерени электрического пол , Датчики и эпектроды целесообразно устанавливать в скважинах или штольн х. Дл всех пунктов наблюдений подбираютс идентично амплитудные и фазовые характеристики датчиков . Сигналы с датчиков передаютс на цен- тральный пункт обработки, который включает в сел процессор на базе быстродействующей ЭВМ, рассчитывающий в реальном масштабе времени на временном интервале до 0,5 сек, что обеспечивает оценку от 1/4 до полного периода колебаний , величину вектора Пойнтинга дл каждой точки наблюдени , а также направление полученного вектора.At least three observation points are located near the protected object at a distance of up to 1 µm. Each observation point includes a three-component system of inductive magnetic sensors, as well as a three-electrode installation for measuring the electric field. Sensors and electrodes are advisable to be installed in wells or galleries. For all observation points, the amplitude and phase characteristics of the sensors are identical. The signals from the sensors are transmitted to the central processing point, which includes a processor based on a high-speed computer that calculates in real time over a time interval of up to 0.5 s, which provides an estimate from 1/4 to the full oscillation period, the value of the Poynting vector for each observation point as well as the direction of the resulting vector.

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

Известно, что процесс подготовки землетр сени сопровождаетс изменением напр женности геомагнитного пол . В насто щее врем установлено, что землетр сение сопровождаетс резким скачкообразным изменением низкочастотоIt is known that the process of preparing an earthquake is accompanied by a change in the intensity of the geomagnetic field. At present, it has been established that earthquake is accompanied by a sharp abrupt change in the low frequency.

х|x |

4 О4 o

ЈJ

кого электромагнитного излучени , причем абсолютна величина электромагнитного излучени зависит от силы землетр сени . Скорость распространени электромагнитных волн зависит от свойств среды и опре- electromagnetic radiation, and the absolute value of electromagnetic radiation depends on the strength of the earthquake. The speed of propagation of electromagnetic waves depends on the properties of the medium and the specific

с дел етс из соотношени V -, где с /ь-/гc is made of the ratio V -, where c / b - / g

скорость света дл вакуума «3 108м/с;Ј ,ц - диэлектрическа и магнитна проницаемости среды. Дл реальных сред эта скоро- сть составл ет первые сотни километров в секунду. Поэтому в качестве параметра колебаний от землетр сени регистрируютс компоненты низкочастотного .электромагнитного излучени : переменного электро- магнитного и электрического полей. Это обеспечивает получение большего запаса времени по сравнению с сейсмическим дл включени и срабатывани средств защиты. the speed of light for vacuum "3 108m / s;, c - dielectric and magnetic permeability of the medium. For real environments, this speed is the first hundreds of kilometers per second. Therefore, as a parameter of the oscillations from the earthquake, the components of low-frequency electromagnetic radiation are recorded: alternating electromagnetic and electric fields. This provides more time than seismic for switching on and triggering protection.

Опытным путем установлено, что высокочастотное электромагнитное изпучение быстро затухает в среде и может быть зарегистрировано существующей аппаратурой на рассто ни х не более 1-5 км от очага, сверхнизкочастотное излучение с периода- ми более 5 с, не дает выигрыша во времени, поскольку дл его идентификации требуетс анализ не менее чем 1/4 периода колебаний , а это уже 3-5 с. Поэтому оптимальным вл ютс сравнительно слабозатухающие электромагнитные колебани в диапазоне 0,2-2 Гц.It has been experimentally established that high-frequency electromagnetic emission quickly decays in the medium and can be detected by existing equipment at distances no more than 1-5 km from the source, ultra-low-frequency radiation with periods longer than 5 s does not give a gain in time, because identification requires analysis of not less than 1/4 of the oscillation period, and this is already 3-5 seconds. Therefore, relatively weakly damped electromagnetic oscillations in the range of 0.2-2 Hz are optimal.

Дл оценки величины и направлени низкочастотного электромагнитного излу- чени используетс нектор Пойнтинга - вектор плотности потока „жергии электромагнитного пол , определенный как произведение векторов напр женнности магнитного и электрического пол Е To estimate the magnitude and direction of low-frequency electromagnetic radiation, the Pointing system is used — the flux density vector of the electromagnetic field, defined as the product of the magnetic and electric field strength vectors E

S IEt H.S IEt H.

Вектор Пойнтинга всегда направлен от источника, возбуждающего электромагнитные колебани . Если направление вектора совпадает с направлением на дневную по- верхность, это свидетельствует о расположении источника в земной коре, т.е. от землетр сени , поскольку другие источники низкочастотного электромагнитного из- пучени з литосфере не известны. Противоположное направление вектора свидетельствует о магиигосферном происхождении сигнала.The Poynting vector is always directed from a source that excites electromagnetic oscillations. If the direction of the vector coincides with the direction to the day surface, this indicates the location of the source in the crust, i.e. from the earthquake, since other sources of low-frequency electromagnetic radiation from the lithosphere are not known. The opposite direction of the vector indicates the magigosphere origin of the signal.

При этом, опытным путем установлено, что значимым принимаетс отклонение на- правлени вектора от горизонтали, более чем на 10°.At the same time, it was established experimentally that the deviation of the direction of the vector from the horizontal, by more than 10 °, is assumed to be significant.

Также установлено, что существует фоновое электромагнитное излучение лито- сферного происхождени , причиной которого вл етс процесс возникновени It has also been established that there is a background electromagnetic radiation of lithospheric origin, the cause of which is the process of origin

микротрещин в породе под вли нием изменени тектонических напр жений, а также приливных суточных вариаций гравитационного пол , величина фонового электромагнитного излучени измен етс в зависимости от конкретных геолого-геофизических характеристик региона и дл конкретных регионов может отличатьс в несколько раз. Хот максимальна величина этого излучени существенно меньше электромагнитного сигнала, излучаемого очагом землетр сени , однако дл каждого конкретного объекта требуетс проведение предварительной оценки фонового излучени дл определени порогового значени величины сигнала срабатывани системы оповещени . Кроме того, требуетс заранее оценить уровень излучени от землетр сений , безопасных дл объекта. В качестве такового принимаетс величина сейсмичности не более 3 баллов, что соответствует общеприн тым строительным нормам дл особо важных обьектов.microcracks in the rock under the influence of changes in tectonic stresses, as well as tidal daily variations of the gravitational field, the magnitude of the background electromagnetic radiation varies depending on the specific geological and geophysical characteristics of the region and for specific regions may differ by several times. Although the maximum value of this radiation is substantially less than the electromagnetic signal emitted by the earthquake source, however, for each specific object a preliminary assessment of the background radiation is required to determine the threshold value of the alert signal trigger value. In addition, it is necessary to estimate in advance the level of radiation from earthquakes safe for the object. As such, the magnitude of seismicity is assumed to be no more than 3 points, which corresponds to generally accepted building codes for particularly important objects.

Таким образом, определ абсолютную величину вектора Пойнтинга дл фонового излучени и дл безопасного уровн сейсмичности , определ ем максимально допустимое значение вектора Пойнтинга дл данного района и объекта. Сигнал тревоги формируетс при превышении величины вектора Пойнтикга этого предельного значени .Thus, we determine the absolute value of the Poynting vector for background radiation and for a safe level of seismicity, we determine the maximum allowable value of the Poynting vector for a given region and object. An alarm is generated when the value of the Poyntikg vector exceeds this limit value.

Дл выработки сигнала тревоги используютс совпадающие показани не менее чем по двум пунктам наблюдени , что исключает ложные тревоги за счет неисправности аппаратуры или случайного электромагнитного процесса вблизи одного из пунктов наблюдени ,To generate an alarm, coincident readings from at least two observation points are used, which eliminates false alarms due to equipment malfunction or a random electromagnetic process near one of the observation points,

Дл уменьшени пол ризации полезного сигнала за счет вли ни водоносного горизонта и исключени факторов, св занных с де тельностью человека вблизи пункта наблюдений , измерени провод т в скважинах ниже водоносного горизонта. Размещение датчиков не более 1 км, от объекта позвол ет регистрировать с высокой степенью точности сейсмические событи , происход щие непосредственно под объектом , незначительные по мощности, но опасные дл объекта из-за близости.In order to reduce the polarization of the useful signal due to the influence of the aquifer and eliminate the factors associated with human activity near the point of observation, measurements are taken in wells below the aquifer. The placement of sensors no more than 1 km from the object allows to record with a high degree of accuracy seismic events occurring directly under the object, insignificant in power, but dangerous for the object due to proximity.

Перед началом эксплуатации системы провод т определение предельно допустимого фонового значени вектора Пойнтинга . Дл этого о течение мес ца провод т наблюдени за фоновыми вариаци ми вектора Пойнгинга в диапазоне часто г 0,2-2 Гц при отсутствии землетр сений. Все вариации , св занные с направлением вектора Пойнтишэ с вертикальной составл ющей,Before operating the system, the maximum permissible background value of the Poynting vector is determined. To do this, for a month, background Poynging vector variations are observed in the range of often 0.2-2 Hz in the absence of earthquakes. All variations related to the direction of the Pointess vector with a vertical component,

направленной от земной поверхности, не рассматриваютс (внешние источники). Одновременно опоедел ем величину вектора Пойнтинга дл интенсивности не менее 3 баллов в этом районе. На основании полученных данных определ ем максимально допустимое значение абсолютной величины вектора Пойнтинга как суммарное значение векторов от фоновых вариаций и сейсмического процесса.directed from the earth’s surface are not considered (external sources). At the same time, we will determine the value of the Poynting vector for an intensity of at least 3 points in this region. Based on the data obtained, we determine the maximum allowable value of the absolute value of the Pointing vector as the total value of the vectors from the background variations and the seismic process.

Определенное максимально допустимое значение вектора Пойнтинга задаетсч в качестве критери оценки опасности в процессорную систему ЭВМ. При эксплуатации системы в случае превышени величины и совпадени направлени векторов с заданными (т.е. направление с нижнего полупространства ,1С°) не мемеечем подвум пунктам наблюдений система автоматически формирует сигнал о регистрации и передает его на систему оповещени и защиты.The determined maximum allowable value of the Poynting vector is set as a criterion for assessing the danger in the processor computer system. When the system is in operation, if the magnitude and direction of the vectors are exceeded with the given ones (i.e., the direction from the lower half-space, 1 ° C), the observation points are not a memory cell and the system automatically generates a registration signal and sends it to the alert and protection system.

Таким образом, способ позвол ет повысить надежность и помехоустойчивость оповещени , обеспечив запас времени до прихода сейсмической волны от близких землетр сений.Thus, the method makes it possible to increase the reliability and noise immunity of the alert, by providing a time margin before the arrival of a seismic wave from near earthquakes.

Claims

1. A method of promptly notifying about earthquakes, including placing at least three observation points near

the object to be protected and oscillation recording by three-component magnetic field sensors, generating a warning signal when the signals are raised

From the vibration sensors of a predetermined threshold, the transmission of a warning signal to the protection and warning system, characterized in that, in order to increase reliability and noise immunity, three electrical field components are recorded at additional observation points, the electromagnetic field variations are recorded in the frequency range 0, 02–2 Hz, according to the data obtained, the threshold is set as the absolute value of the Pointing vector for

Background variations and for seismic vibrations with an intensity of at least 3 points, and

warning signal is generated when

Poynting vector deviation in no less than

0 than two observation points from the vertical below the day surface no more than 80 ° and when the Pointing vector exceeds the found threshold.

2. The method according to claim 1, characterized in that the distance from the observation points

to the protected object does not exceed 1 km.

3. A method according to claim 1, characterized in that measurements are made in wells below an aquifer.