Способ прогнозирования аномальных явлений

Изобретение относится к геофизике и может быть использовано в способах и системах для определения и прогнозирования аномальных явлений, в частности землетрясений, извержений вулканов, лавинообразований в горах и других катастроф природного и техногенного характера.К способам и системам для определения и прогнозирования аномальных явлегшй предъявляются особые требования по надежности и достоверности результатов измерений. АноМЗЛЬНЬПИ ЯВЛСНИЯМ СОПУТСТВУЮТ ТЯЖСЛЫС И МНОгочисленные катастрофы, гибель людей, уничтожение животного и растительного мира, разрушение инфраструктуры.Существуют разнообразные сейсмические,акустические способы разведок, связанные с исследованием энергии волн, записью и передачей сигналов, анализом выделяющихся веществ,ИССЛСДОВЗНИСМ ЗЛСКТРИЧССКИХ И МЗГНИТНЫХ ПОлей, измерением гравитационного поля Земли. Однако, их достоверность, уровень оценки и прогнозирования являются недостаточными,чтобы упредить явления, катастрофы или принять меры по уменьшению ущерба и потерь от их появления. Такие ситуации требуют больших материальных и экономических затрат и ресурсов на ликвидацию их последствий. Эффективность принятых мер в большинстве случаев оказывается незначительной.Известны способы прогнозирования, основанные на исследовании свойств веществиндикаторов, по измерениям их физических параметров. К ним относится способ измерения и анализа физического параметра веществаиндикатора, определения и прогнозирования на ОСНОВС ПОЛУЧСЪШЫХ ДЗННЫХ ЗНОМЗЛЬНЫХ ЯВЛСний, включающий измерение физического параметра вещества-индикатора, статистическую обработку и графическое построение результатов измерений с указанием вероятной мощности и времени наступления ожидаемого аномального явления и последующее оповещение (заявка РФ Мг 94036662, МПК С О 1/ 9/00, 1997).Известны способы определения места и времени землетрясения, основанные на регистрации НИЗКОЧЗСТОТНЫХ электромагнитных ИЗЛУчегшй (патенты РФ МеМе 2045086, 204508,мпк с; о 1 у 9/00, 1995) и способ обнаружения землетрясения по определению эталонного вектора скорости перемещения атмосферы (патент РФ Не 2090913; МПК С О 1/ 9/00, 1997).В патенте РФ Мг 203069, МПК С 017 11/00, 1995 описан способ обнаружения возможности наступления катастрофических явлений, включающий измерение параметра геофизического поля в контролируемом районе, причем измерение проводят непрерывно, выявляют колебания измеряемого параметра и при обнаружении синусоидальных колебаний возрастающей частоты, имеющих амплитуду, статически достоверно отличающуюся от фоновой вопределенный период, судят о наличии возможности наступления катастрофических явлений,исходя из того, что процесс возмущения геофизических полей в прилегающем пространстве затрагивает все оболочки Земли, включая магнитосферу, атмосферу, ионосферу, вызывая аномальные деформации грунтов, перетоки подземных вод, гидроудары и гидровулкаъшзм, изменения в приземном электрослое, нисходящие и восходящие "атмосферные взрывы", резоНЗНСНЫС, ИОНООбМСННЫС, ПЗТОЛОГИЧССКИС, ПСИхофизиологические реакции в биосистемах.В авторском свидетельстве СССР Мг 204617, Ь/ШК С О 1/ 1/00, 1967 описан способ исследования вещества-Шщикатора под воздействием генерируемых ультразвуковых колебаний с целью воспроизведения вибрационного процесса сейсмической разведки.В патенте США Мг 5282132 МПК С О 1/ 1/00 (НКИ 364-420), 1994 описан способ геофизических исследований с использованием искусственного спутника Земли и собранных на ПОВСрХНОСТИ ЗСМЛИ ДЗННЬЕХ О СИЛС ТЯЖССТИ, КОторые фильтруются для получения их частотного состава и при сравнении получают усредненные данные о силе тяжести.Известен способ прогнозирования состояния статики сооружений, включающий взвешивание грунта, геомеханические наблюдения за МССТНОСТЬЮ И УЧСТ ПОЛУЧСЪШЫХ ДЗННЬЕХ В СООТветствующих расчетах и оценках (патент Швейцарии Мг 65310, Ь/ШК С О 1/ 11/00, 1990).Известна система для измерения и анализа физического параметра вещества-Штдикатора,определения и прогнозирования на основе поЛУЧСННЪ 1 Х ДЗЪШЫХ ЗНОМЗЛЬНЪ 1 Х ЯВЛСНИЙ, ВКТПОчающая станции прогноза и оповещения, размещенные с учетом географии аномальных явлений, содержащие измерительные блоки для непрерывного измерения физического параметра вещества-индикатора, блоки статистической обработки, блоки графического построения результатов измерегшй и блоки связи и оповещения (патент РФ Мг 2068185, МПК С 01/ 1/00,1996).Из описания авторского свидетельства СССР Мг 1628026, МПК С 01/ 1/00, 1991 следует, что для долгосрочного прогноза землетрясений создают сеть станций в сейсмоактивной зоне, определяют энергетические и пространственно-времениые параметры и направление развития сейсмического процесса с учетом мшрации локальных областей сейсмической активности и изменения скорости при появлении последовательного деформирования границ соответствующих блоков земной коры в процессе накопления контактных упругих напряжений и деформаций в окрестностях очаговой области готовящегося крупного землетрясения.Временной прогноз землетрясения может быть сделан по серии возмущений в виде синусоидальных колебаний компонент геомагнитно го поля. По амплитуде предвестника определяют энергетический класс предстоящего землетрясения, по состоянию амплитуд компонент предвестника определяют пеленг на эгШцентр,по пеленгам в различных пунктах определяют место эпицентра (авторское свидетельство СССР Мг 1721563, МПК С 01/ 1/00, 1992). Оперативньш прогноз землетрясений, тектоничеСКИХ И ТСХНОГСННЫХ ПОДВИЖСК МОЖСТ бЫТЬ ОСУщесгвлен по амплитуде и частоте повторных импульсных сигналов и частоте повторения серии импульсных сигналов, скорости нарастания фронта И длительности Шипульсных сигналов с использованием не менее трех прогностических станций (патент РФ Мг 2106001, МПК С 01/ 9/00, 1998).Для прогнозирования землетрясений используют полупроводниковую плазму, один из образцов с ней является эталонным и экранироВЗЪШЫМ ОТ ВОЗДСЙСТВИЯ ЗЛСКТРОМЗГНИТНЫХ ПОлей любой природы, а другой рабочим, помещенным в глубине сейсморазлома и защищенным от воздействия полей несейсмической природы полусферическим экраном, сигнал оповещения о сейсмоопасности формируется на выходе устройства сравнения в результате наруШСНИЯ ИДСНТИЧНОСТ И ЗЛСКТРОМЗГНИТНЫХ ВОЛНАНЗЛИЗ УрОВНЯ ТСХНИКИ ПОКЗЗЫВЗСТ, ЧТО ИЗВССТНЫ МНОГОЧИСЛСННЫС СПОСОбЫ И СИСТСМЫ для определения и прогнозирования аномальных явлений на основе непрерывного измерения физического параметра вещества-индикатора. Их реализация требует капитальных, дорогостоящих затрат, определенного владения информацией о геофизическом поле с учетом его географии с тем, чтобы можно было заранее спрогнозировать И ОПОВССТИТЬ О ВОЗМОЯСНЬЕХ ПОЯВЛСНИЯХ ЗНОМЗЛЬНЫХ ЯВЛСНРЙ, ПрИВОДЯЩИХ К катастрофическим последствиям.Ближайшим аналогом предлагаемого способа измерения и анализа физического параметра вещества-индикатора, определения и прогнозирования на ОСНОВС ПОЛУЧСННЪ 1 Х ДЗННЫХ ЗНОмальных явлений, выбранным в качестве прототгша, является техническое решение по патенту РФ Мг 2068185.Основной задачей данного изобретения является создание способа и системы для измерения и анализа физического параметра вещества-Штдикатора для определения и прогнозироВЗНИЯ на ОСНОВС ПОЛУЧСННЪ 1 Х ДЗЪШЫХ ЗНОМЗЛЬных явлений, основанных на измерении физического параметра вещества-индикатора, изменяющегося в результате взаимодействия с ним гравитационного ПОЛЯ.Технический результат от использования изобретения заключается в повышении надежности и достоверности определения прогнозирования места, времени и мощности аномальноГО ЯВЛСНИЯ.Ранее теоретически было обосновано, что гравитационное взаимодействие является наиболее универсальным, так как ему соответствует всеобщее поле натяжений в физическом вакууме, поэтому оно проявляется во всех точках окружающего пространства. Само гравитационное взаимодействие определяется через массу(И.Л. Герловин. "Основы единой теории всех взаимодействий в веществе". Ленинград, Энергоатомиздат, 1990, с. 219). Факт такого явления неожиданно был установлен и подтвержден МНОГОЧИСЛСННЫМИ ЗКСПСрИЪ/[СНТЗМИ ПрИ НСПрСрЫВНОМ ВЗВСШИВЗНИИ вещества-индикатора, на которое оказывает влияние Земля изменениями своего гравитационного поля.Для этого, в способе измерения и анализа физического параметра вещества-штдикатора,определения и прогнозирования на основе поЛУЧСННЪ 1 Х ДЗЪШЫХ аномальных ЯВЛСНИЙ, ВКГПОчающем непрерывное измерение физического параметра вещества-индикатора, статистическую обработку и графическое построение результатов измерений с указанием вероятной мощности и времени наступления ожидаемого аномального явления и последующее оповещение, в качестве вещества-индикатора используют органическое, неорганическое вещество или их комбинации в виде дозы ограниченного обьема, обладающее свойством изменять свой вес под влиянием гравитационного поля Земли; непрерывно взвешивают вещество-индикатор,регистрируют амплитуду изменения веса и его градиент, по величинам которых с учетом географии мониторинговых опросов и пороговых значений амплитуды и градиента, прогнозируют появление аномального явления с указанием вероятной мощности его наступления в период от 5 до 30 ч, причем изменение веса веществаШтдикатора регистрируют с использованием ЗЛСКТрОННЪ 1 Х ВССОВ, ПОДСОСДИНСННЫХ К ЗНЗЛИЗЗтору, например, компьютеру. Органическое вещество-индикатор может быть природного или искусственного происхождения. Неорганическим ВСЩССТВОМ-ШЩИКЗТОрОМ могут быть металлы, неметаллы или их комбинации. Вещество-индикатор может быть в любом агрегатном состоянии.В системе для измерения и анализа физического параметра вещества-штдикатора, определения и прогнозирования на основе полученных данных аномальных явлений, включающей станции прогноза и оповещения, размещенные с учетом географии аномальных явлений, содержаЩих измерительные блоки для непрерывного измерения физического параметра веществаштдикатора, блоки статистической обработки результатов измерений и блоки связи и оповеЩСНИЯ; ИЗМСрИТСЛЬНЫС бЛОКИ ВЫПОЛНСНЫ С ВОЗможностью измерения изменений веса вещества-индикатора, которое является органическим,неорганическим веществом или их комбинацией в виде дозы ограниченного объема, обладаю щим свойствами изменять свой вес под влиянием гравитационного поля Земли, причем в качеСТВС ИЗМСрИТСЛЬНЫХ бЛОКОВ ИСПОЛЬЗОВЗНЪ 1 ЗЛСКтронные весы, соединенные с блоками статистической обработки результатов взвешивания и их графического построения - компьютерами,функционально связанными с блоками связи и оповещения. Органическое вещество-индикатор может быть природного или искусственного ПрОИСХОЖДСНИЯ. Неорганическим ВСЩССТВОМиндикатором могут быть металлы, неметаллы ИЛИ ИХ комбинации. ВСЩССТВО-ИНДИКЗТОР МОЖСТ быть в любом агрегатном состоянии.Отличительными особенностями способа непрерывного измерения и анализа физического параметра индикатора, определения и прогнозирования на ОСНОВС ПОЛУЧСННЪ 1 Х ДЗННЫХ ЗНОмальных явлений является следующее:- в качестве индикатора используют органическое, неорганическое вещество или их комбинации, обладающее свойством изменять свой вес под влиянием гравитационного поля Земли;- вещество-индикатор используют в виде дозы ограниченного объема;- в качестве органического веществаиндикатора используют вещества природного или искусственного происхождения;- в качестве неорганического веществаиндикатора используют металлы, неметаллы или их комбинации;- регистрируют амплитуды изменения веса вещества-Шщикатора и его градиент;- прогнозируют появление аномальных явлений по величинам изменения измерений веса с учетом географии мониторинговых опросов и пороговых значег-Шй амплитуды и градиента с указанием вероятной мощности его наступления в период от 5 до 30 ч;- используют в качестве измерительного блока электронные весы, подсоединенные к анализатору, например компьютеру.Отличительными особенностями системы для измерения и анализа физического параметра вещества-Шщикатора, определения и прогнозировашш на ОСНОВС ПОЛУЧСННЫХ ДЗЪШЫХ ЗНОмальных явлений является следующее:- индикатором является органическое, неорганическое вещество или их комбинация, обладающее свойством изменять свой вес под влиянием гравитационного поля Земли;- вещество-индикатор использовано в виде дозы ограниченного объема;- органическим веществом-индикатором является вещество природного или искусственного происхождения;- неорганическим веществом-индикатором ЯВЛЯЪОТСЯ МСТЗЛЛЫ, НСМСТЗЛЛЫ ИЛИ ИХ комбинаЦИИ;- измерительный блок выполнен с возможностью измерения изменений веса веществаШдикатора при его взвешивании;- измерительным блоком являются элекТрОННЫС ВССЫ;- электронные весы соединены с блоками статистической обработки результатов взвешивания и их графического построения - компьютерами;- компьютеры функционально связаны с блоками связи и оповещения.УКЗЗЗЪШЫС ОТЛИЧИТСЛЬНЫС признаки СПОсоба и системы для измерения физического параметра вещества-индикатора, определения и прогнозирования на ОСНОВС ПОЛУЧСННЫХ данных ЗНОМЗЛЬНЫХ ЯВЛСНИЙ ЯВЛШОТСЯ СУЩССТВСННЫМИ,ПОСКОЛЬКУ КЗЭКДЫЙ ИЗ НИХ В ОТДСЛЬНОСТИ И СОвместно направлен на решение поставленной задачи и достижение нового технического результата, основу способа составляют признаки непрерывное взвешивание веществашдикатора, регистрация и анализ изменений его веса с графическим отображением амплитуды и градиента, что позволяет определить вероятную мощность аномального явления, например землетрясение, период его проявления - от 5 до 30 ч. Использование веществ-индикаторов органических, неорганических или их комбинации позволяет полнее раскрыть физическую сущность аномального явления. Использование электронных весов позволяет с высокой степенью достоверности фиксировать изменения физического параметра вещества-Шщикатора - его вес (массу), а последующий анализ полученных данных с помощью компьютера и графическое построение позволяет в каждой зоне нахождеНИЯ СТЗНЦИЙ ПОЛУЧЗТЬ С УЧСТОМ МОНИТОрИНГОВОто опроса полную картину возможного аноМЗЛЬНОГО ЯВЛСНИЯ, прогнозировать СГО ЭПИцентр, мощность и время проявления. Непрерывное взвешивание вещества-индикатора и получение соответствующих данных при наличии блоков связи и оповещения позволяет прогнозировать аномальные явления (землетрясения, извержение вулканов, ураганы и пр.), их силу и время события на более ранних стадиях происходящих процессов в гравитационном поле Земли, использовать соответствующий промежуток времени для принятия мер безопасНОСТИ, сократить ПОТСрИ И УМСНЪШИТЬ ВОЗМОЖный ущерб.УКЗЗЗЪШЫС ОТЛИЧИТСЛЬНЫС СУЩССТВСЪШЫС признаки ЯВЛШОТСЯ НОВЫМИ, так как ИХ ИСПОЛЬЗОВЗНИС В ИЗВССТНОМ урОВНС ТСХНИКИ, аналогах И прототипах не обнаружено, что позволяет характеризовать предложенные технические решения соответствующими критерию "новизна". Совокупность новых существенных признаков с ИЗВССТНЫМИ ИЗ УРОВНЯ ТСХНИКИ признаками ПОзволяет решить поставленную задачу и достичьнового технического результата по сравнению с приведенными выше аналогами и прототипами. Новые предложенные технические решения способ и система являются результатом опытноэкспериментальных исследований с веществами-индикаторами и творческого вклада, получены без использования каких-либо стандартных разработок, проектировочных решений,указаний или рекомендаций в данной области геофизши, в совокупности указанных выше существенных признаков соответствуют критерию "изобретательский уровень".На фиг.1 изображена принцигшальная блок-схема системы для измерения и анализа физического параметра вещества-индикатора,определения и прогнозирования на основе полученных данных аномальных явлений;на фиг.2 - модуль блок-схемы для измерения и анализа физических параметров веществаиндикатора;на фиг.3 - график результатов измерений изменения веса индикатора в зависимости от времени, полученных в июле 1998 г.;на фиг.4 - график измерений градиента веса шждикатора в зависимости от времени, полученных в июле 1998 г.;на фиг.5 - график результатов измерений изменения веса индикатора в зависимости от времени, полученных в сентябре 1998 г.;на фиг.6 - график измерений градиента веса шждикатора в зависимости от времени, полученных в сентябре 1998 г.;на фиг.7 - график результатов измерений изменения веса индикатора в зависимости от времени, полученных в августе 1998 г.;на фиг.8 - график измерений градиента веса шждикатора в зависимости от времени, полученных в августе 1998 г.;на фиг.9 - - график результатов измерений изменения веса индикатора в зависимости от времени, полученных в сентябре 1998 г,;на фиг.1 О - график измерений градиента веса индикатора в зависимости от времени, полученных в сентябре 1998 г.;на фиг. 11 - таблица с данными о землетрясениях службы срочных донесений ГС РАН за период, соответствующий периоду измерения и анализа физического параметра - веса индикатора.ФШЗ, 4 иллюстрируют единичные аномальные явления.Фиг.5, 6, 7, 8 иллюстрируют серию аномальных явлений.Далее приводится подробное описание изобретения со ссылками на приложенные чертежи.Система для измерения и анализа физического параметра вещества-индикатора, определения и прогнозирования на основе полученных данных аномальных явлений включает станции прогноза 1, 2 и 3, размещенные с учетом географии аномальных явлений, блоки связи и опо 000353вещения соответственно 4 и 5. Станции прогноза и оповещения 1, 2 и 3 содержат измерительный блок 6 для непрерывного измерения физического параметра вещества-Шщикатора, блок 8 статистической обработки результатов измерений и блок 9 графического построения результатов измерений. Позицией 10 показаны линии передачи информации между станциями 1, 2 и 3.Способ измерения и анализа физического параметра вещества-индикатора, определения и прогнозирования на ОСНОВС ПОЛУЧСННЫХ данных ЗНОМЗЛЬНЫХ ЯВЛСНИЙ ВКГПОЧЗСТ НСПрСрЫВНОС измерение физического параметра веществаШщикатора, статистическую обработку результатов измерения блоками 8 и графическое построение результатов измерений блоками 9. Полученные данные могут быть переданы между станциями 1, 2 и 3 по линиям связи 10. В качестве вещества-индикатора используют органическое, неорганическое вещество или их комбинации.Вещество-индикатор 7 непрерывно взвешивают блоками измерения 8, в качестве которых используют электронные весы, например,марки Загтогшз М 1 сго (Германия), регистрируют амплитуду 11 (фиг.3) изменения веса веществашядикатора 7 и его градиент 12 (фиг.4), по величинам которых с учетом географии мониторинговЬ 1 х опросов по линиям связи 10 через блоки связи и оповещения 4, 5 и пороговых значений амплитуды и градиента прогнозируют появление аномального явления с указанием вероятной мощности его наступления в период от 5 до 30 ч. В качестве органического веществаШщикатора 7 может быть вещество природного или искусственного происхождения. В качестве неорганического вещества-индикатора 7 могут бЫТЬ ИСПОЛЬЗОВЗНЫ МСТЗЛЛЫ, НСМСТЗЛЛЫ ИЛИ ИХ комбинации. Вещество-штдикатор 7 может быть в любом агрегатном состоянии. Аномальное изменение веса вещества-Шщикатора является предвестником землетрясений, извержений вулканов и других аномальных явлений. Перед землетрясением градиент 12 вначале велик, заТСМ УМСНЬШЗСТСЯ И СТЗНОВИТСЯ ПрИМСрНО равным нулю. Вслед за этим происходит землетрясение и вещество-индикатор 7 набирает свой потерянный вес. Амплитуда 11 снижения веса характеризует мощность землетрясения, а величина отрицательного градиента 12 - место землетрясения.Величина А (мГ) - амплитуда изменения веса характеризует мощность землетрясения, а величина градиента - место землетрясения. По градиенту можно ориентировочно судить о времени наступления землетрясения по соотношеШПО, ПОЛУЧСННОМУ на ОСНОВЗНИИ ОПЫТНЫХ данНЪ 1 Х