способ выявления зон разрядки напряжений потенциальных разрывов земного вещества

Формула изобретения

СПОСОБ ВЫЯВЛЕНИЯ ЗОН РАЗРЯДКИ НАПРЯЖЕНИЙ ПОТЕНЦИАЛЬНЫХ РАЗРЫВОВ ЗЕМНОГО ВЕЩЕСТВА, заключающийся в определении границ минимальных относительных изменений взаимодействий компонентов природы, отличающийся тем, что на местности геодезическим методом выполняют крупномасштабную детальную с удвоенным количеством пикетов топографическую съемку, составляют карту-план местности с изображением на ней рельефа и ситуации потоков вещества, в том числе воды, проводят обработку информации о потоках вещества с использованием крупномасштабной карты-плана, других топографических карт разного масштаба, мелкомасштабных общегеографических карт, глобуса, разного масштаба аэро- и космических фотоснимков и фотопланов, включающую выбор ортогональных систем независимых потоков вещества при условии, что независимые потоки параллельны и угол максимального отклонения менее 45^o в плоскости карты, выявление границ минимальных относительных изменений взаимодействий компонентов природы при условии, что они проходят между каждыми двумя независимыми потоками и фиксируют начальные пределы действия подавляемых противоположных независимых потоков вещества, при этом подавляемый поток имеет противоположное направление 180 45^o и по протяженности короче подавляющего, затем проводят определение ранга границ минимальных относительных изменений взаимодействий компонентов природы, при этом ранг линейная величина, равная отрезку границы минимальных относительных изменений с пределами действия одинаковых по направлению движения подавляемых противоположных независимых потоков, сформированные выбранным рангом ортогональных границ участки сопоставляют с шестью возможными моделями транзита вещества, которые действуют на участках с ортогональными границами, при этом первая модель характеризуется тем, что три ее границы пропускают потоки в пределы участка, а одна только за пределы участка, вторая тем, что две границы с противоположных сторон только впускают потоки в пределы участка, а две другие пропускают потоки за пределы участка, третья тем, что две смежные границы впускают потоки в пределы участка, а две другие смежные границы пропускают потоки за пределы участка, четвертая тем, что три границы пропускают потоки только за пределы участка, а одна пропускает только в пределы участка, пятая тем, что все четыре границы пропускают потоки за пределы участка, шестая тем, что все четыре границы пропускают потоки в пределы участка, по результатам сопоставления формируется следующий соподчиненный ранг, трехкратный по отношению к выбранному, при этом максимальное значение одного ранга по величине менее чем в три раза превышает минимальное его значение, затем выявляют зоны разрядки напряжений, потенциальных разрывов первого типа линейные ортогональные, при отклонении менее 45^o, одного ранга из условия, что они располагаются в центральных переходных областях участка с границами данного ранга и на расстоянии 1/2 рг от них, где рг величина ранга, проводят расчет максимальных параметров зон разрядки напряжений, а именно максимальной глубины разрывов H_max 1/5 рг и ширины l_max 1/7 рг области воздействия зон разрывов в плане, определяемой как расстояние между средним положением зоны разрядки напряжений на участке с границами одного более высокого ранга и средним положением ее на участке с границами более низкого ранга, и зоны разрядки напряжений второго типа очаговые из условия, что они размещаются только в тех точках пересечения границ минимальных относительных изменений, где формируется спиралеобразная структура пропускаемых подавляющих потоков вещества.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к физике Земли и может быть использовано для определения и исключения опасных мест при возможном многолетнем функционировании крупногабаритных промышленных, гражданских, в том числе трубопроводных, объектов, для исключения мест с возможными негативными последствиями при использовании природных ресурсов, для определения и прогнозирования мест поражений в результате возможных природных и антропогенных катастроф, для проведения целенаправленных агротехнических мероприя- тий, поиска новых, более дешевых источников энергии.

Известен способ выявления зон разрядки напряжений, заключающийся в том, что по морфологическим признакам выявляют так называемые "разрывные нарушения". Разрывные нарушения детально изучены в морфологическом отношении, однако нет информации о их ранге и конкретном времени заложения. При этом разновременные зоны разрывных нарушений разного ранга, попадающие в диаметрально противоположные условия усиления сноса или усиления накопления вещества, могут приобретать однородные морфологические признаки, что позволяет делать субъективные морфологические обобщения и построения [1,2]

Известны также зоны с аномальными биологическими свойствами, связанные с пересечением подземных водных потоков, геологическими разломами пород и так называемыми "глобальными энергетическими сетками" [3]

Однако в этом случае геопатогенные зоны выявляются с помощью специальных приборов без учета характера движений вещества земной поверхности, их ранга и закономерностей функционирования во времени.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ выявления зон разрядки напряжений, потенциальных разрывов, заключающийся в определении границ минимальных относительных изменений взаимодействий компонентов природы [4]

Недостатком этого способа является отсутствие привязки их к системам независимых потоков конкретного ранга, от которого зависит максимальная глубина проникновения разрывов и ширина области воздействия разрывов в плане.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является возможность получения достоверных сведений о зонах разрядки напряжений, потенциальных разрывов земного вещества с привязкой ко времени заложения и конкретному рангу.

Это достигается за счет того, что в способе, заключающемся в определении границ минимальных относительных изменений взаимодействий компонентов природы на местности геодезическим методом, выполняют крупномасштабную детальную с удвоенным количеством пикетов топографическую съемку, составляют карту-план местности с изображением на ней рельефа и ситуации потоков вещества, в том чиcле воды, проводят обработку информации о потоках вещеcтва с использованием крупномасштабной карты-плана, других топографических карт разного масштаба, мелкомасштабных общегеографических карт, глобуса, разного масштаба аэро- и космических фотоснимков и фотопланов, включающую выбор ортогональных систем независимых потоков вещества при условии, что независимые потоки параллельны и угол максимального отклонения менее 45^о в плоскости карты, выявление границ минимальных относительных изменений взаимодействий компонентов природы при условии, что они проходят между каждыми двумя независимыми потоками, и фиксируют начальные пределы действия подавляемых противоположных независимых потоков вещества, при этом подавляемый поток имеет противоположное направление 180 45^о и по протяженности короче подавляющего, затем проводят определение ранга границ минимальных относительных изменений взаимодействий компонентов природы, при этом ранг линейная величина, равная отрезку границы минимальных относительных изменений с пределами действия одинаковых по направлению движения подавляемых противоположных независимых потоков, сформированные выбранным рангом ортогональных границ участки сопоставляют с шестью возможными моделями транзита вещества, которые действуют на участках с ортогональными границами, при этом первая модель характеризуется тем, что три ее границы пропускают потоки в пределы участка, а одна только за пределы участка, вторая тем, что две границы с противоположных сторон только впускают потоки в пределы участка, а две другие пропускают потоки за пределы участка, третья тем, что две смежные границы впускают потоки в пределы участка, а две другие смежные границы пропускают потоки за пределы участка, четвертая тем, что три границы пропускают потоки только за пределы участка, а одна пропускает только в пределы участка, пятая тем, что все четыре границы пропускают потоки за пределы участка, шестая тем, что все четыре границы пропускают потоки в пределы участка, по результатам сопоставления формируется следующий соподчиненный ранг, трехкратный по отношению к выбранному, при этом максимальное значение одного ранга по величине менее чем в три раза превышает минимальное его значение, затем выявляют зоны разрядки напряжений, потенциальных разрывов первого типа линейные ортогональные при отклонении менее 45^о одного ранга из условия, что они располагаются в центральных переходных областях участка с границами данного ранга и на расстоянии 1/2 рг от них, где рг величина ранга, проводят расчет максимальных параметров зон разрядки напряжений, а именно максимальной глубины разрывов Н_макс 1/5 рг и ширины l_makc 1/7 рг области воздействия зон разрывов в плане, определяемой как расстояние между средним положением зоны разрядки напряжений на участке с границами одного более высокого ранга и средним положением ее на участке с границами более низкого ранга, и зоны разрядки напряжений второго типа очаговые из условия, что они размещаются только в тех точках пересечения границ минимальных относительных изменений, где формируется спиралеобразная структура пропускаемых подавляющих потоков вещества.

На фиг. 1 (а, б,в) показано изменение движения вещества на поверхности Земли; на фиг. 2 пределы действия подавляемых противоположных независимых потоков границы минимальных относительных изменений взаимодействий компонентов природы; на фиг.3 точки (условно) земной поверхности в пределах одного ранга распространения противоположных движений вещества земной поверхности; на фиг.4 шесть возможных типовых моделей транзита вещества на участках с границами минимальных относительных изменений взаимодействий компонентов природы одного ранга; на фиг.5 соотношение максимальных и минимальных значений величины одного ранга; на фиг.6 определение максимальной ширины области воздействия зоны разрядки напряжений данного ранга; на фиг.7 определение максимальной глубины проникновения разрывов; на фиг.8 (а,б,в) варианты структур, действующих подавляющих потоков вещества в точках пересечения границ минимальных относительных изменений взаимодействий компонентов природы; на фиг. 9 и 10 расположение границ минимальных относительных изменений взаимодействий компонентов природы и зон разрядки напряжений ранга 1,5 и 0,6 км на участке Югано-Балыкско-Салымского междуречья в Западной Сибири.

На фиг.1 показаны (вертикальный разрез): поверхность 1 Земли; направление 2 движения вещества на земной поверхности, пределы 3 действия противоположных потоков веществa i(П_i), (где i 1,2,3.); зона 4 минимальных относительных изменений взаимодействий компонентов природы; направление 5 общего движения вещества в случае Пi₊₁ > П_i; область 6 усиления сноса в случае П_i+1 > П_i; переходная область 7 в случае П_i+1>П_i; облаcть 8 уcиления аккумуляции в cлучае П_i+1 > П_i; направление 9 общего движения вещества в случае П_i > П_i+1; область 10 усиления сноса в случае П_i > П_i+1; переходная относительного "нуля" область 11 в случае П_i > П_i+1; область 12 усиления аккумуляции в случае П_i > П_i+1.

На фиг. 2 показаны (вид сверху): система водотоков 13; направления 14 движений подавляющих потоков; направления 15 движений подавляемых потоков; границы 16 минимальных относительных изменений взаимо- действий компонентов природы начальные пределы действия подавляемых потоков.

На фиг.3 показаны (вертикальный разрез): поверхность 1 Земли; угол характеризующий направления возможного общего движения точек земной поверхности; точки 17 и 18 земной поверхности пределы действия подавляемых потоков; точка 19 земной поверхности, в которой формируется линейная зона разрядки напряжений первого типа; варианты возможных направлений 20 общего движения точек; относительные движения 21 точек 17,18 и 19 при движении их в одном общем направлении 20.

На фиг. 4 показаны (вид сверху): ортогональные границы 22 минимальных относительных изменений взаимодействий компонентов природы одного ранга; направления 14 движений подавляющих потоков вещества, пропускаемых границами минимальных относительных изменений взаимодействий компонентов природы; модели 23-28 транзита вещества земной поверхности разного типа.

На фиг. 5 показаны (вид сверху): максимальные и минимальные значения 29 для одного ранга границ минимальных относительных изменений взаимодействий компонентов природы; границы 30 минимальных относительных изменений взаимодействий компонентов природы одного более высокого ранга; границы 31 минимальных относительных изменений взаимодействий компонентов природы более низкого соподчиненного ранга.

На фиг. 6 показаны (вид сверху): границы 30 минимальных относительных изменений взаимодействий компонентов природы более высокого ранга; границы 31 минимальных относительных изменений более низкого ранга; положение зоны 32 разрядки напряжений в системе границ 30, более высокого ранга; положение зоны 33 разрядки напряжений того же ранга в системе границ 31 более низкого ранга; область 34 воздействия зоны разрядки напряжений данного ранга.

На фиг. 7 показаны (вертикальный разрез): поверхность 1 Земли; величина 35 одного ранга; максимальная глубина 36 проникновения разрывов.

На фиг. 8 показаны (вид сверху): точки 37 пересечения границ 22 минимальных относительных изменений одного ранга; направления 14 движений подавляющих потоков.

На фиг.9 и 10 показаны (вид сверху): система водотоков 13; переполняющиеся и осушающиеся озера 38; система границ 30 минимальных относительных изменений более высокого ранга 1,5 км; система границ 31 минимальных относительных изменений более низкого ранга 0,6 км; зона 39 разрядки напряжений ранга 1,5 км; зоны 40 разрядки напряжений ранга 0,6 км; реальные модели 25, 26 и 23 транзита вещества земной поверхности, действующие на участках в границах 31; точки 37 пересечения границ 30 и 31 минимальных относительных изменений; направления 14 движений подавляющих потоков вещества.

На земной поверхности (общей части двух смежных областей пространства) существует огромное число взаимосвязанных разных потоков вещества, в том числе и воды, но выражены и непосредственно наблюдаемы на местности далеко не все из них. На аэро- и космических фотоматериалах фиксируются как следы, так и сами потоки в плоскости снимка. Наилучшим образом выражены водные потоки разных размеров и направления. При этом каждый поток может быть охарактеризован с помощью следующих признаков: ориентировки, направления движения, протяженности, ширины, направленности процессов усиления сноса и усиления накопления.

Направленность потоков с точки зрения процессов усиления сноса и усиления накопления как показатель объясняется следующим образом. Допустим, что в момент времени Т_о направление движения вещества на поверхности некоторого участка местности было определено (фиг.1а). Пусть в другой момент времени Т₁ в силу изменения взаимосвязей известных и неизвестных компонентов природы изменилось направление 2 движения вещества на поверхности данного наклоненного участка (фиг.1б). Появились два противоположных потока воды, две противоположности П₁ и П₂, а также зона 4 минимальных относительных изменений. Такое положение вещей наблюдается в природе. Теперь уже обе части участка функционируют как самостоятельные по отношению друг к другу. Из-за неоднородности условий функционирования начинается борьба этих противоположностей. Если подавляющей противоположностью является П₁, а подавляемой П₂, то движение вещества на поверхности вправо ослабевает (тенденция выполаживания местности), а влево усиливается (тенденция увеличения уклона местности). Если подавляющей противоположностью является П₂, то положение изменяется на обратное. Одновременно усиления сноса вещества в обоих противоположных направлениях быть не может.

В ходе анализа ситуации потоков воды по материалам крупномасштабной топографической съемки, по аэро- и космическим фотоматериалам и топографическим картам разного масштаба выяснилось, что на поверхности Земли существует две взаимно ортогональные системы независимых потоков, два направления усиления сноса и накопления вещества. При этом два потока являются независимыми, если они параллельны и угол максимального отклонения менее 45^о. Доказано существование динамических природных образований разного ранга (фиг.1в). На местности выявляются равновеликие противоположные ортогональные области усиления сноса, усиления накопления и переходные области между ними тех же рангов. Две противоположные области и переходная центральная между ними одного ранга объединяются в одно взаимодействие и динамическое образование более высокого ранга только в том случае, если все они движутся в одном общем направлении. Границами таких образований служат границы минимальных относительных изменений взаимодействий компонентов, природы, которым одновременно свойственен минимум сноса и минимум накопления вещества и которые проходят между каждыми двумя независимыми системами потоков. Границы фиксируют начальные пределы действия подавляемых противоположных независимых потоков вещества (фиг.2). Они пропускают потоки только одного направления в системе независимых противоположных потоков. Функционирует динамическая каркасная сетка ортогональных систем независимых потоков и границ минимальных относительных изменений взаимодействий компонентов природы между ними.

На земной поверхности существуют зоны наиболее устойчивые, консервативные, и наименее устойчивые по характеру движений вещества земной поверхности. К первым относятся границы минимальных относительных изменений взаимодействий компонентов природы, к вторым независимые потоки земного вещества с максимумом сноса и накопления.

Допустим, что три точки (17,18,19, фиг.3) земной поверхности движутся в одном конкретном направлении, но с разными скоростями относительно друг друга. При исследовании вариантов распределения относительных скоростей движений оказалось, что условие их общего движения соблюдается только тогда, когда точка 19 движется быстрее, чем точки 17 и 18.

Каждое динамическое образование одного ранга (фиг.1в) в вертикальной плоскости состоит из трех областей: области усиления сноса, области усиления накопления и переходной области между ними.

Ранг линейная величина, равная в плане отрезкам границ минимальных относительных изменений взаимодействий компонентов природы с пределами действия одинаковых по направлению движения подавляемых противоположных независимых потоков (фиг.2). Сформированные выбранным рангом границ участки сопоставляются с шестью возможными типовыми моделями транзита вещества (фиг.4), которые действуют на участках с ортогональными границами. Они представляют собой: модель 23 три границы пропускают потоки только в пределы участка, а одна граница выпускает потоки за пределы участка; модель 24 две границы с противоположных сторон пропускают потоки в пределы участка, а две другие границы пропуcкают потоки за пределы учаcтка; модель 25 две смежные границы впускают потоки в пределы участка, две другие границы пропускают потоки только за пределы участка; модель 26 три границы пропускают потоки только за пределы участка, а одна граница пропускает потоки в пределы участка; модель 27 все четыре границы пропускают потоки только за пределы учаcтка; модель 28 вcе четыре границы пропуcкают потоки только в пределы участка. По результатам сопоставления формируется следующий соподчиненный ранг, трехкратный по отношению к выбранному. Все действия повторяются. Максимальное значение величины ранга менее чем в три раза может превышать минимальное его значение (фиг.5).

Каждый участок местности в границах одного ранга подразделяется ортогональными границами другого более низкого ранга на девять динамически разнозначных частей участков ниже рангом, которые, в свою очередь, подразделяются границами еще более низкого соподчиненного ранга на подобные участки и т. д. Для получения достоверных результатов ранжирования необходимо определить, используя карты разных масштабов, пять-семь рангов границ с привязкой к ранговой системе Земли, затем решить обратную задачу (для проверки): восстановить ситуацию потоков вещества через систему выявленных границ разного ранга.

Вследствие разных скоростей движений в точке 19 (в переходной области динамического образования данного ранга) формируется зона разрядки напряжений (фиг.1в, 3), где фиксируется разрыв и отмечается максимум сноса и накопления вещества. К таким линейным зонам тяготеют потоки вещества, но из-за существования в природе реальных моделей транзита вещества (фиг.4) они формируются в зонах разрядки напряжений разного ранга и данного времени заложения. Например, водоток размещается частично в зоне разрядки напряжений одного ранга и одной системы независимых потоков, частично в другой зоне.

Ортогональные (максимальное отклонение менее 45^о) зоны разрядки напряжений одного ранга располагаются в центральных переходных областях участков с границами данного ранга и на расстоянии 1/2 рг от последних, при этом рг величина ранга. С определением нескольких рангов границ положение зоны разрядки напряжений все более уточняется (фиг.6).

Расчет максимальных параметров зон разрядки напряжений первого типа можно провести по формуле Н_макс 1/5 рг, где Н_макс максимальная глубина проникновения разрывов; l_макс максимальная ширина области воздействия разрывов (в плане) определяется как расстояние (позиция 34, фиг.6) между средним положением зоны разрядки напряжений на участке в границах одного более высокого ранга и средним положением ее на участке в границах более низкого соподчиненного ранга (l_макс 1/7 рг).

Максимальный угол отклонения потоков в динамической системе отсчета менее 45^о. В вертикальном разрезе можно рассчитать Н_макс вреза (максимальную глубину проникновения разрывов, позиция 36 на фиг.7) с учетом ранга зоны разрядки напряжений. Указанная формула для расчета Н_макс получена по измерениям.

Максимальная ширина области воздействия зоны разрядки напряжений в плане менее 1/7 рг. Зависимость получена расчетным путем (фиг.6).

Зоны разрядки напряжений второго типа (очаговые) функционируют в точках пересечения границ минимальных относитель- ных изменений взаимодействий компонентов природы, где образуется спиралеобразная структура пропускаемых границами подавляющих потоков (в плане карты, фиг.8в). На фиг.8а показан наиболее благоприятный вариант структуры подавляющих потоков; на фиг.8б вариант структуры подавляющих потоков менее благоприятный; на фиг.8в наиболее опасный вариант структуры подавляющих потоков. Площадь данных зон разрядки напряжений различная и зависит от ранга линейных зон разрядки напряжений, замыкающих данную структуру взаимодействий. В любом случае максимальная опасность реализуется в самой точке пересечения ортогональных границ. Разрядка напряжений может осуществляться по часовой стрелке и против часовой стрелки.

Способ выявления зон разрядки напряжений, потенциальных разрывов земного вещества разного ранга может быть применим для любого участка поверхности Земли. При этом требуется сначала произвести геодезическим методом крупномасштабную с удвоенным количеством пикетов топографическую съемку, составить карту-план местности с изображением на ней рельефа и ситуации потоков вещества, соизмерить площадь изучаемого участка с площадью необходимого обследования, сопоставить используемые материалы и требуемую точность выявления зон разрядки напряжений конкретного ранга. К примеру, для выявления динамических границ и зон разрядки напряжений на территории России ранга 450 и 1500 км исследовалась динамическая ситуация потоков вещества на окружающей территории и в целом выявлена система границ и зон разрядки напряжений самого крупного ранга на Земле, в среднем порядка 10000 км. Любой участок земной поверхности сейчас может быть определен в единой системе рангов границ и зон разрядки напряжений. При этом сводятся к нулю ошибки в определении этих данных.

Для выявления границ минимальных относительных изменений взаимодействий компонентов природы ранга 150, 450, 1500, 3500, 10000 км используются общегеографические карты масштаба 1:4000000, 1:2500000, 1:1500000, топографическая карта масштаба 1:1 000 000, глобус 1:50 000 000, аэро- и космические фотоснимки разных масштабов. Проекции используемых карт учитывают кривизну Земли.

Каждый применяемый картографический материал более крупного масштаба дает возможность поэтапного уточнения положения динамических границ и зон разрядки напряжений крупного ранга, а также выделения динамических границ и зон разрядки напряжений соподчиненного низкого ранга и т.д. Как оказалось на практике, точность выявления динамических границ и зон разрядки напряжений не ниже 5 мм в масштабе используемой карты.

С использованием топографических карт масштаба 1:100 000, 1: 25 000, 1: 10 000, аэро- и космических фотоснимков, фотопланов разного масштаба, а также материалов крупномасштабной топографической съемки выявляются границы минимальных относительных изменений и зоны разрядки напряжений ранга 50, 15, 5, 1,5, 0,6, 0,15 и 0,05 км. На фиг. 9 и 10 дан пример расположения границ минимальных относительных изменений взаимодействий компонентов природы и зон разрядки напряжений ранга 1,5 и 0,6 км на участке Югано-Балыкско-Салымского междуречья в Западной Сибири.

Обработка информации о потоках вещества земной поверхности заключается в каждом случае в следующем:

1. Из всего спектра имеющихся водотоков выбираются ортогональные системы независимых потоков при условии, что независимые потоки параллельны и угол максимального отклонения менее 45^о в плоскости карты.

2. Выявляются динамические границы при условии, что они проходят между каждыми двумя системами независимых потоков и фиксируют пределы действия подавляемых потоков вещества. При этом подавляемый поток имеет противоположное направление и по протяженности короче подавляющего.

3. Проводится определение рангов границ минимальных относительных изменений взаимодействий компонентов природы. При этом ранг линейная величина, равная отрезку границы с пределами действия одинаковых по направлению подавляемых потоков вещества. Сформированные выбранным рангом ортогональных границ участки сопоставляются с шестью возможными типовыми моделями транзита вещества (фиг. 4), которые действуют на участок с ортогональными границами одного ранга. По результатам сопоставления формируется следующий ранг, трехкратный выбранному. Максимальное значение одного ранга по величине не превышает более чем в три раза минимальное его значение.

4. Выявляются линейные (первого типа) ортогональные (максимальное отклонение менее 45^о) зоны разрядки напряжений одного ранга из условия, что они располагаются в переходных центральных областях участка с ортогональными границами минимальных относительных изменений данного ранга и на расстоянии 1/2 рг от последних.

5. Выявляются зоны разрядки напряжений второго типа (очаговые) из условий, что они размещаются только в тех точках пересечения границ минимальных относительных изменений, где формируется спира- леобразная структура пропускаемых подавляющих потоков вещества (фиг.8в).

Таким образом, реализуя предлагаемый способ, можно с высокой точностью определять зоны разрядки напряжений, потенциальных разрывов земного вещества.