способ определения цунами

Формула изобретения

Способ определения цунами, основанный на контроле сейсмических сигналов, заключающийся в том, что на берегу, подлежащему охране от цунами, устанавливают сейсмостанции, регистрируют сейсмические сигналы от землетрясений с помощью сейсмоприемников, установленных в вершинах равностороннего треугольника на коренных горных породах, сторона которого l менее 1000 мм, определяют в этой породе время Т прохождения сейсмосигналом расстояния, равного стороне l треугольника, измеряют скорости продольной волны V_p и поперечной волны V_s в объеме горной породы расположения треугольника, принимают сейсмические сигналы от землетрясений, измеряют временные задержки t₁, t₂ и t₃, определяют по двум малым временным задержкам (грубо) азимутальные углы ₂ и ₃ между нормалью к фронту сейсмоволны, проходящей через центр треугольника, очаг землетрясения, и заданным началом отсчета (биссектриса угла А) по соотношениям и , определяют точный угол на эпицентр землетрясения по формуле =( ₂+ ₃)/2, определяют величину временной задержки для горизонтальной плоскости (земной поверхности) по формуле , определяют угол места гипоцентра из выражения , определяют дальность

d_гц до гипоцентра по формуле ,

где Т_c - время в секундах отставания волны S от волны Р, определяют дальность d_эц до эпицентра по формуле d_эц=d_гцcos , определяют глубину гипоцентра h по формуле h=d_гц sin , отличающийся тем, что на сейсмостанции на ЭВМ определяют максимальную амплитуду А_м в микронах или на сейсмограмме исследуемого подводного землетрясения, определяют с помощью номограммы магнитуду Рихтера М и с учетом, что при М 7 возможно цунами, для достоверности существования цунами выполняют проверку наличия волны цунами с помощью информации, поступившей по радиоканалу от устройства определения волны цунами, размещенного в океане вблизи контакта литологических плит или разлома земной коры, принимают и анализируют информацию от устройства об образовавшейся волне цунами, распространяющейся в объеме от поверхности до дна океана со скоростью 700-900 км/ч, учитывают силу давления волны, определяют «грубо» высоту волны цунами при подходе к береговой линии, вычисляют время прихода цунами к береговой линии и оповещают население «Идет цунами, наступит через N минут».

Описание изобретения к патенту

Предлагаемое изобретение относится к сейсмологии и рассматривается во взаимодействии с подводным землетрясением, очаг которого образуется вдоль зоны контакта литологических плит в момент их проскальзывания и предназначен для определения координат очага землетрясения при регистрации сейсмических волн. В основу способа положена сформулированная теорема о вращающейся прямой вокруг центра равностороннего треугольника. Способ заключается в том, что устанавливают в горизонтальной плоскости на земной поверхности в сейсмичной зоне на берегу на коренных породах сейсмоприемники в вершинах равностороннего треугольника со стороной "1", равной менее 1000 мм, определяют в этой породе время Т прохождения сейсмоволной расстояния, равного стороне "1" треугольника, измеряют скорости продольной волны Vp и поперечной - Vs, принимают сейсмические сигналы от очага землетрясения, измеряют временные задержки t1, t2 и t3 прихода сейсмосигнала от очага к сейсмоприемникам, определяют для двух малых временных задержек угол ₂ и ₃ между нормалью к фронту волны, проходящей через центр треугольника, и заданным началом отсчета (биссектриса угла А) по соотношениям (фиг.1)

и

определяют точный угол на эпицентр землетрясения

по формуле

=( ₂+ ₃)/2,

определяют величину временной задержки для горизонтальной плоскости (земной поверхности) по формуле:

определяют угол места гипоцентра из выражения

определяют дальность d_гц до гипоцентра по формуле

где Т_c - время в секундах отставания волны S от волны Р,

определяют дальность d _эц до эпицентра по формуле

d_эц =d_гцcos ,

определяют глубину гипоцентра h по формуле

h=d_гцsin .

Известен способ определения координат очага землетрясения (Гир Дж., Шах X. Зыбкая твердь. - М.: Мир, 1988. - с.91), заключающийся в том, что по временам прихода волн Р и S сейсмологи, зная скорости распространения этих волн в данном регионе, могут рассчитать расстояние от места установки приборов (сейсмоприемников) до гипоцентра землетрясения. После того как для нескольких сейсмостанций (не менее трех) определено расстояние до гипоцентра, можно определить координаты гипоцентра и эпицентра.

Основными недостатками способа являются: сейсмические станции расположены на больших расстояниях друг от друга, поэтому для сбора информации и выполнения расчетов требуется время, т.е. низкая оперативность; низкая точность определения координат очага, ошибка 10 км и более, указывает академик РАЕН Шебалин Н.В. (Сильные землетрясения. - М.: Академия горных наук, 1997, - с.1581).

Наиболее близким по технической сущности является патент РФ № 2284046 «Способ определения местоположения гипоцентра и эпицентра афтершока (землетрясения)».

Способ реализуется следующими операциями. Определяют в коренной породе время Т прохождения сейсмоволной расстояния, равного стороне "1" треугольника, измеряют в породе скорости V _p и V_s продольной и поперечной волн, принимают сейсмосигналы от землетрясения, измеряют в вершинах треугольника временные задержки t1, t2 и t3 с помощью тактовых электрических импульсов, вводят временные задержки в память вычислителя, определяют для двух малых временных задержек угол ₂ и ₃ между нормалью к фронту волны и заданным началом отсчета (биссектриса угла А треугольника) по соотношениям

и

определяют точный угол на эпицентр землетрясения по формуле

=( ₂+ ₃)/2,

определяют величину временной задержки для горизонтальной плоскости (земной поверхности) по любой из формул

определяют угол места на гипоцентр по одной из формул

определяют дальность d_гц до гипоцентра по формуле

где Т_c - время в секундах отставания волны S от волны Р,

определяют дальность d _эц до эпицентра по формуле

d_эц =d_гцcos ,

определяют глубину гипоцентра h по формуле

h=d_гцsin .

На фиг.2 представлена схема устройства, реализующая способ.

Схема содержит три канала приема сейсмосигнала от землетрясения. Каждый канал состоит из последовательно соединенных сейсмоприемника 1, усилителя 2, компаратора 3, триггера 4 и счетчика 5. Схема также содержит схему совпадения 6, включенную параллельно триггерам 4, генератор тактовых импульсов 7, подключенный к счетчикам 5, мультиплексор 8, подключенный к выходам счетчиков 5 и к входу ЭВМ 9, измерительный блок 10, включенный к выходу усилителя 2 и входу ЭВМ 9.

Схема работает следующим образом.

Предположим, при землетрясении с направлением А сигнал достигает сейсмоприемника 1 среднего канала, усиливается усилителем 2 и поступает на компаратор 3. Если сигнал по уровню больше порога срабатывания компаратора 3, то он проходит и опрокидывает триггер 4, при этом включается счетчик 5. Одновременно с триггера 4 сигнал подается на схему 6 совпадения. Счетчик начинает считать импульсы, поступающие с генератора 7. Через некоторое время сигнал от землетрясения достигает второго сейсмоприемника 1 (левый канал). При этом в левом канале, как и в предыдущем случае, срабатывают аналогичные элементы и счетчик 5 левого канала тоже начинает считать импульсы, поступающие с генератора 7. С приходом сигнала от землетрясения к третьему сейсмоприемнику 1 срабатывают все элементы этого канала. При срабатывании триггера 4 этого канала на выходе схемы 6 совпадения одновременно присутствуют три сигнала, схема 6 совпадения срабатывает. При этом от ее выходного сигнала триггеры возвращаются в исходное состояние, счетчики 5 прекращают считать импульсы, а ЭВМ 9 через мультиплексор 8 считывает показания счетчиков 5, вычисляет пеленг источника сейсмических колебаний и запоминает результат. С выхода усилителя 2 одного из каналов сигнал поступает на вход измерительного блока 10, который измеряет величину амплитуды и период по принципу аналого-цифрового преобразования и передает результат в ЭВМ 9 для регистрации.

На фиг.3 показана схема элементов одного из вариантов способа на земной поверхности, включающая треугольник 1 в вертикальной плоскости, треугольник 2 в горизонтальной плоскости, гипоцентр 3, эпицентр 4, глубину 5 гипоцентра (очага), нормаль 6 к фронту сейсмоволны, угол места 7 гипоцентра, сторону 8 треугольника, временные задержки 9. Поставленная цель достигается тем, что способ определения координат гипоцентра (очага) и эпицентра землетрясения заключается в том, что устанавливают в горизонтальной плоскости на земной поверхности в сейсмичной зоне на коренных породах сейсмоприемники в вершинах равностороннего треугольника со стороной "1", равной менее 1000 мм, ориентируют треугольник так, чтобы вершина А начала отсчета была направлена в сторону возможного проявления эпицентра землетрясения, определяют в коренной породе время Т прохождения сейсмоволной расстояния, равного стороне "1" треугольника, измеряют временные задержки t₁, t₂ и t₃ прихода сейсмосигнала от землетрясения к сейсмоприемникам, определяют для двух малых временных задержек угол ₂ и ₃ между нормалью к фронту волны, проходящей через центр треугольника и очаг землетрясения, и заданным началом отсчета по соотношениям.

Недостатки способа:

1. Не содержит информации об образовании по данному землетрясению волны цунами.

2. Не содержит устройства для определения волны цунами.

3. Не определяется информация, необходимая для достоверного и точного заявления о том, что «идет цунами»:

- максимальная амплитуда А_м,

- магнитуда Рихтера,

- сила давления волны,

- высота волны цунами при подходе к береговой линии,

- время прихода цунами к береговой линии.

Цель изобретения - повышение оперативности и достоверности определения цунами.

Способ реализуется следующими операциями. Определяют в коренной породе время Т прохождения сейсмоволной расстояния, равного стороне "1" треугольника, измеряют в породе скорости V_p и V_s продольной и поперечной волн, принимают сейсмосигналы от землетрясения, измеряют в вершинах треугольника временные задержки t₁, t₂ и t₃ с помощью тактовых электрических импульсов, вводят временные задержки в память вычислителя, определяют для двух малых временных задержек угол ₂ и ₃ между нормалью к фронту волны и заданным началом отсчета (биссектриса угла А треугольника) по соотношениям

и

определяют точный угол на эпицентр землетрясения по формуле

=( ₂+ ₃)/2,

определяют величину временной задержки для горизонтальной плоскости по любой из формул

определяют угол места на гипоцентр по одной из формул

определяют дальность d_гц до гипоцентра по формуле

где Т_c - время в секундах отставания волны S от волны Р, определяют дальность d_эц до эпицентра по формуле

d_эц=d_гцcos ,

определяют глубину гипоцентра h по формуле

h=d_гцsin .

Для прогноза удара цунами выполняют следующие дополнительные операции:

1. Определяют максимальную амплитуду А_м в микронах для этого землетрясения, находят магнитуду Рихтера «М», при М>7 возможно цунами.

2. Выполняют проверку наличия волны цунами с помощью информации от устройства определения волны цунами, размещенного в океане вблизи контакта литологических плит (вблизи разлома земной коры).

3. Принимают и анализируют информацию от устройства на наличие волны цунами, распространяющейся в объеме от поверхности до дна океана со скоростью 700-900 км/ч.

4. Учитывают давление волны.

5. Определяют высоту ударной волны цунами при выходе на берег.

6. Вычисляют время прихода цунами к береговой линии и оповещают население «Идет цунами», наступит через N минут.

Определение волны цунами выполняют с помощью разработанного устройства.

Устройство определения волны цунами представлено на фиг.4. Оно содержит пьезоэлектрический датчик давления 1, прикрепленный к металлической пластине 10, которая прикреплена к якорному канату 2 на глубине не менее 20 м, один конец каната прикреплен к якорю 3, второй конец через блок 4 прикреплен к противовесу 5, а блок 4 укреплен на нижней плоскости пробкового круга 6, сверху на плоскости круга установлены радиопередатчик 7 и источник питания 8, радиопередатчик 7 соединен с выходом пьезоэлектрического датчика давления 1, к которому прикреплены с одной стороны усеченный конус 9, упирающийся вершиной в точку давления для надежного возбуждения электросигнала датчиком, а с другой стороны датчик крепится к металлической пластине 10, прикрепленной к якорному канату, к которой прикреплено вертикальное крыло 11 для поворота датчика навстречу распространяющейся волне цунами 12.