Способ краткосрочного прогнозирования землетрясений

007087 Область техники Изобретение относится к разделу сейсмологии геофизической науки, точнее к изучению магнитного поля Земли при прогнозировании землетрясений. Предшествующий уровень техники Известно, что при решении задачи краткосрочного прогнозирования землетрясений используются параметры, характеризующие магнитотеллурическое (MT) поле. В настоящее время известно много способов краткосрочного прогнозирования землетрясений [1-4]. До настоящего времени в способах краткосрочного прогнозирования землетрясений на исследуемой территории измерялись электрическое сопротивление среды , электрический потенциал (u), энергия электромагнитного поля (w), импеданс (z) и др. параметры и по аномальному изменению этих параметров, в зависимости от геодинамической обстановки осуществлялся прогноз [1-4]. Так как результаты этих методических измерений относятся только к точке полевых наблюдений то, естественно, аномальные изменения указанных параметров могут характеризовать геодинамический процесс именно в точке исследования. Даже при наличии на исследуемой территории достаточного количества пунктов наблюдений, полученные параметры не дают возможности для однозначного и достоверного определения времени, географических координат эпицентра и силы предстоящего землетрясения. Используемый способ краткосрочного прогнозирования землетрясений (К.Н. Абделлабеков, Г.Ю. Азизов, М.Ю. Муминов, В.А. Шапиро, авторское свидетельство SU 1589823, 1988 г.) характеризуется тем, что осуществляются режимные магнитометрические измерения, выделяются зоны максимальных изменений магнитного поля (T) Земли, определяются разности магнитного поля в точке исследований по отношению к базе и, по полученным параметрам, прогнозируется место предстоящего землетрясения [3]. Для прогнозирования этим способом только места землетрясения проводились исследования на профилях протяженностью 2000-3000 км. Место предстоящего землетрясения этими исследованиями определялось как территория площадью от нескольких сот кв. км до нескольких тысяч кв. км, а не как пункт с конкретными географическими координатами, что в принципе не дает однозначного решения поставленной задачи. Время же предстоящего землетрясения прогнозируется от нескольких дней до 1-2-х недель[3]. Раскрытие изобретения Задачей изобретения является определение места предстоящего землетрясения с конкретными географическими координатами, его времени и силы. Поставленная задача достигается способом прогнозирования землетрясений, при котором осуществляют режимные магнитометрические измерения, выделяют зоны максимальных изменений магнитного поля Земли, по ним осуществляют прогноз места предстоящего землетрясения и, согласно изобретения осуществляют режимные магнитотеллурические (MT) наблюдения на отдельных пунктах, выделяют периоды времени затишья и сильного возмущения магнитных компонент Hx и Ну магнитотеллурического поля перед землетрясением, по пересечению векториального направления определяют географические координаты очага, по величине градиента возмущения определяют силу, а по полупериоду возмущения определяют время свершения землетрясения. Режимные наблюдения осуществляют, как минимум, на трех пунктах. Оперативное исследование геодинамической обстановки осуществляют при сильных катастрофических землетрясениях на территории радиусом 600-800 км. Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что три фактора, необходимые для прогноза землетрясений однозначно и достоверно определяются на основании закономерностей пространственно-временного изменения структуры магнитотеллурического поля до землетрясения. Установлено, что исследуемые параметры магнитотеллурического поля изменяются в зависимости от изменения геодинамической напряженности среды. Накапливаемая в очаге землетрясения большая потенциальная напряженность сопровождается появлением на материалах полевых наблюдений (магнитные компоненты) квазисинусоидальных сигналов высокой интенсивности и большого периода. Физическую основу изменений электромагнитного поля, наблюденных в исследовательских работах, составляют достаточно хорошо изученные сейсмомагнитный, пьезомагнитный, электрокинетический и др. эффекты [4]. Эти процессы сопровождаются появлением магнитного поля под воздействием геодинамической напряженности в момент сжатия и раскалывания пород в природных условиях. В результате увеличения тектонической напряженности в очаге предстоящего землетрясения (под воздействием сторонних сил) происходит процесс трещинообразования. На начальном этапе, т. е. в процессе подготовки землетрясения процесс трещинообразования идет медленно. С дальнейшим ростом действия сторонних сил на очаг предстоящего землетрясения растет и интенсивность трещинообразования. Возникающее при этом магнитное поле с возрастающей интенсивностью и имеющее направление, обратное направлению магнитного поля, создаваемого в земле ионосферными потоками, в какой-то момент времени компенсирует его. Наблюдаемое относительно спокойное электромагнитное поле можно объяснить именно этим фактом. В связи с ростом тектонической напряженности очаг землетрясения превращается в мощный источник переменного магнитного поля. Этот явление наблюдается в полевых наблюдениях как сильное возмущение-1 007087 магнитного поля после относительного его спокойствия. Возникновение магнитного поля вокруг очага предстоящего сильного землетрясения зафиксировано и искусственными спутниками накануне Спитакского землетрясения [5]. Определение места, времени и силы предстоящего землетрясения начинается именно с этого момента. Процесс подготовки и свершения слабых землетрясений длится относительно не долго. Следует отметить, что магнитное поле, возникающее в очаге слабых землетрясений, регистрируется чувствительными магнитометрами на территории радиусом 200-300 км от очага, а при сильных - 600-800 км. Причины отсутствия регистрации магнитометрами некоторых слабых землетрясений связаны с глубиной очага,геолого-геофизическими, тектоническими и геоэлектрическими особенностями среды его расположения. Изобретение поясняется следующим графическим материалом: фиг. 1 - характер изменения магнитотеллурического поля до, в момент и после Спитакского землетрясения (Армения, 07.12.1988); фиг. 2 - характер изменения магнитотеллурического поля до-, в момент и после Занджанского землетрясения (Иран, 20.06.1990); фиг. 3 - корреляционная связь между геодинамическими процессами и характером изменения магнитотеллурического поля; фиг. 4 - регистрация Спитакского землетрясения на материалах геофизической обсерватории Душети (Грузия); фиг. 5 - характер магнитотеллурического поля в пункте наблюдения Бунуд (Азербайджан) и геофизической обсерватории Ванновская (Туркмения) при Занджанском землетрясении (Иран, 20.06.1990); фиг. 6 - характер магнитотеллурического поля до и в момент Мегринского землетрясения (на югозападной границе Азербайджана с Арменией, 11.04.2001); фиг. 7 - направление магнитных векторов до и в момент Мегринского землетрясения. Краткосрочный прогноз землетрясений предложенным способом определяется следующим образом. Для определения места, времени и силы землетрясения необходима регистрация магнитотеллурического поля как минимум в трех пунктах наблюдения. По пересечению векториального направления возмущения магнитного поля определяют географические координаты очага будущего землетрясения, по величине градиента определяют силу, а по полупериоду времени с начала возмущения до максимального значения магнитного поля определяют время его свершения. Непрерывно регистрируемые всеми тремя пунктами наблюдения измерения охватывают весь диапазон частот изменения магнитотеллурического поля. В связи с тем, что электрическое поле сильно зависит от неоднородности среды, условий размещения измерительных электродов, а также от геохимических, гидрогеодинамических и других процессов, происходящих в литосфере, к обработке и анализу полевого материала измерения электрического поля не привлекались. Для анализа были использованы только высокоинформативные горизонтальные магнитные составляющие Hx и Ну магнитного поля. В предложенном способе краткосрочный прогноз землетрясений делится на два периода:- период относительно спокойного магнитного поля или процесс подготовки землетрясения;- период сильного магнитного возмущения или процесс свершения землетрясения. Первый период наблюдается на полевых материалах как относительно спокойное магнитное поле,которое в зависимости от силы предстоящего землетрясения может длиться от нескольких часов (при слабых землетрясениях) до нескольких дней (при сильных землетрясениях). Второй же период, т.е. момент свершения землетрясения отмечается на полевых наблюдениях как момент времени, соответствующий максимальному значению амплитуды квазисинусоидального сигнала,возникающего непосредственно перед землетрясением. При 7-8 бальных землетрясениях квазисинусоидальный сигнал начинает проявляться за 10-12 ч до сейсмического события. Влияние сильных землетрясений на магнитотеллурическое поле было наблюдено при непрерывных магнитотеллурических наблюдениях (1980-1990 гг.) в Азербайджане, на Южном склоне Большого Кавказского хребта (Габалинский район, п. Бунуд). В процессе этих исследований на непрерывных магнитотеллурических наблюдениях были отражены два катастрофических землетрясения: Спитакское (Армения, 1988; М=6,8) (фиг. 1) и Занджанское (Иран, 1990; М=6,1) (фиг. 2). Важной особенностью, характеризующей оба землетрясения, является то обстоятельство, что за 1-2 дня до этих событий наблюдалось относительное спокойствие в магнитотеллурическом поле, а за 10-12 ч до первого и за 5-6 ч до второго землетрясений было отмечено увеличение интенсивности магнитного поля в 40-50 раз относительного обычного фона. В момент Спитакского и Занджанского землетрясений интенсивность магнитного поля достигала своего максимального значения, а в последующие 10-12 ч вновь падала до своего обычного фона. Пространственно-временной анализ материалов полевых наблюдений показал, что в процессе накопления потенциально-напряженной энергии в очаге предстоящего землетрясения и в момент его свершения направление векторов магнитного поля резко изменяется относительно обычного направления и они оказываются направленными в сторону будущего очага землетрясения (фиг. 3). Для подтверждения связи аномальных изменений магнитотеллурического поля с вышеуказанными землетрясениями было проведено сопоставление зарегистрированных в Азербайджане (п. Бунуд) эффектов от Спитакского землетрясения с материалами наблюдений Душетской (Грузия) геофизической обсерватории (фиг. 4) и эф-2 007087 фектов от Занджанского землетрясения с материалами наблюдений Ванновской (Туркмения) геофизической обсерватории (фиг. 5). Сравнительный анализ этих материалов полностью подтвердил связь аномалий магнитотеллурического поля с этими землетрясениями. Указанный выше эффект был установлен также и в процессе непрерывных наблюдений магнитотеллурического поля в Азербайджане (п. Фатмаи) в 2001-2002 гг. от сравнительно слабых землетрясений,зарегистрированных на юге республики (Джалилабад, Лерик, Мегри), в Каспийском море (02.06.2002 г.,27.12.2002 г.) и др. регионах. Во всех этих случаях процесс подготовки землетрясения сопровождался относительным спокойствием магнитного поля, а процесс свершения землетрясения сопровождался сильным возмущением магнитного поля. Примером тому служит показанный на фиг. 6 характер изменения магнитного поля в процессе подготовки и свершения Мегринского землетрясения, а на фиг. 7 показано направление мгновенных магнитных векторов. Это направление совпадает с направлением ФатмаиМегри и указывает в сторону будущего очага землетрясения. Статистика прогноза: за время непрерывных наблюдений произошло 15 землетрясений, из которых 6 имели магнитуду 3.0-3.3, 4-3.6-3.9, 3-4.1-4.6, Спитакское землетрясение (Армения, 1988) имело магнитуду 6.8, а Занджанское (Иран, 1990) - 6.1. Точность прогноза: из 15-ти землетрясений полевыми наблюдениями 8 зарегистрированы в виде характерных возмущений магнитного поля. Относительно слабые и отдаленные землетрясения в полевых материалах не нашли своего отражения. Ретроспективный анализ полевых материалов позволил определить для 7-ми землетрясений направление очага, время и силу. Лучший вариант осуществления изобретения Способ поясняется следующим примером. 11.04.2001-го года в 21.19 ч (по местному времени) на юго-западной границе Азербайджана с Арменией (район Мегри) произошло землетрясение силой в 3,5 балла. Начиная с 02.30 ч 09.04.2001 до 20.40 ч 11.04.2001 (примерно за 66 ч 20 мин до начала возмущения магнитных каналов) на магнитных каналахHx и Ну наблюдалось относительное спокойствие. Начиная примерно с этого времени (20 ч 40 мин 11.04.2001 г.) магнитные вектора выйдя из своего обычного направления устремляются в сторону р. Мегри. Таким образом, по точке их пересечения было спрогнозировано место очага предстоящего землетрясения. Сила землетрясения была определена по величине градиента наиболее сильно возмущенного магнитного канала (в данном случае Ну). О силе землетрясения позволяют судить два фактора: 1. Перед землетрясениями силой от 3,0 до 4,0 баллов на магнитных каналах в период их спокойствия проявляются высокочастотные вариации малой амплитуды. 2. Градиент магнитного возмущения при землетрясениях силой в 3,0-4,0 балла оказывается значительно большим, чем при катастрофических землетрясениях. Оба указанных фактора имели место при Мегринском землетрясении. Время предстоящего землетрясения определяется по тому факту, что при землетрясениях силой в 3,0-4,0 балла весь цикл - непосредственное начало подготовки землетрясения, момент его свершения и процесс восстановления магнитного поля длится 1-1,5 ч. Следовательно, учитывая, что весь этот цикл проявляется в виде квазисинусоидального сигнала, то прогноз времени рассматриваемого землетрясения составляет 35-40 мин. Литература 1. А.А. Авагимов, А.К. Атаев, В.А., В.А. Сантурян, M.И. Эфендиев. Электромагнитный мониторинг на геодинамических полигонах. Ашгабад, 1993. 2. В.S. Svetov, S.D. Karinskiy, Yu. Kuska, V.I. Odintsov - Magnetotelluric monitoring of geodynamicprocesses. Moscow, 2001. 3. K.H. Абдуллабеков, Г.Ю. Азизов, М.Ю. Муминов, В.А. Шапиро. Авторское свидетельство SU 1589823, 1988 г. (прототип). 4. Методы прогноза землетрясений. Их применение в Японии. Москва, 1984 г. 5. С. Шарадзе, Г.А. Джапаридзе, З.К. Жвания, Н.Д. Квавадзе и др. Возмущения в ионосфере и геомагнитном поле, связанные со Спитакским землетрясением. Физика Земли 11, Известия АН СССР,Москва, 1991 г. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ краткосрочного прогнозирования землетрясений, при котором осуществляют режимные магнитометрические измерения, выделяют зоны максимальных изменений магнитного поля Земли, по которым осуществляют прогноз места предстоящего землетрясения, отличающийся тем, что осуществляют режимные наблюдения магнитотеллурического поля на отдельных пунктах, выделяют периоды времени затишья и сильного возмущения магнитных компонент Hx и Ну перед землетрясением по пересечению векториального направления определяют географические координаты очага, по величине градиента возмущения определяют силу, а по полупериоду возмущения определяют время свершения зем-3 007087 летрясения. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что режимные наблюдения осуществляют, как минимум, на трех пунктах. 3. Способ по п.1 и 2, отличающийся тем, что оперативное исследование геодинамической обстановки осуществляют при сильных катастрофических землетрясениях на территории радиусом 600-800 км.