СПОСОБ НЕПРЕРЫВНОГО КОНТРОЛЯ ВЕЛИЧИНЫ КОЛЕБАНИЙ ГРУНТА ЗЕМНОЙ ПОВЕРХНОСТИ
METHOD FOR CONTINUOUS MONITORING VIBRATION VALUE OF EARTH SURFACE

Изобретение относится к области сейсмологии и может быть использовано в сейсморазведке, для прогноза землетрясений, при долгосрочном мониторинге, для определения автершоковой активности, определения расстояния между двумя точками в пространстве и местонахождения движущихся объектов.
Известен способ прогнозирования землетрясений, включающий интерпретацию статистической закономерности возникновения сейсмических колебаний почвы, установку сейсмодатчиков, регистрацию и измерение импульсов, пакетов, частоту и амплитуду акустических волн, амплитуду форшоков, интервалов времени между ними и определение расстояния от точки регистрации до предполагаемого эпицентра землетрясений (RU, 2258246, 2005 г.).
Недостатком данного способа является низкая точность определения величины перемещения поверхности земной коры, т.к. механическая система вносит неточность в измерения, кроме того, аналоговый сигнал должен быть преобразован в цифровой.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ непрерывного контроля величины колебаний грунта земной поверхности, включающий установку сейсмоприемника, регистрацию сейсмических аналоговых сигналов с помощью механических маятников путем преобразования механической энергии колебаний грунта в электрическую и определение величины колебаний грунта земной поверхности (И.И.Гурвич., Сейсмическая разведка. - М.: Недра, 1970 г., с.221-248).
Недостатком данного способа является низкая точность измерений из-за зависимости измерений от самой механической системы (пружины, рычага, электрической катушки), ее характеристик (твердости, материала, из которого выполнена), а также от влияния окружающей среды (температуры, ветра и т.п.). Кроме того, диапазон измерения по частоте ограничен.
Техническим результатом является повышение точности измерений величины колебаний грунта земной поверхности за счет прямой цифровой записи колебаний грунта и снижения затрат на проведение контроля.
m
m
m
m-1
m
m-1
m
m
m-1
m
m-1
Технический результат достигается в способе непрерывного контроля величины колебаний грунта земной поверхности, включающем регистрацию электромагнитных волн на пунктах наблюдений от источника, дополнительную одновременно с регистрацией электромагнитных волн от источника регистрацию электромагнитных волн от спутника, проведение k замеров, в каждом из которых определяют количество импульсов электромагнитных волн n в течение времени между последующей и предыдущей электромагнитными волнами от спутника t-t, где t - время прохождения предыдущей электромагнитной волны от спутника, t - время прохождения последующей электромагнитной волны от спутника, определяют разницу количества импульсов электромагнитных волн от передатчика j между последующим k и предыдущим k замерами, а величину колебаний грунта земной поверхности в течение времени t-t определяют из соотношения
где
э.в
λ - длина электромагнитной волны от передатчика, установленного на пункте наблюдения,
m
m
m-1
m
m-1
j - разница количества импульсов электромагнитных волн от передатчика между последующим k и предыдущим k, замерами в течение времени t-t, ,
э.в.
ν - скорость электромагнитных волн,
m
m-1
t-t - время между последующей и предыдущей электромагнитными волнами от спутника.
m
m
m
m-1
m
m
m-1
m
m-1
m
m
m
m-1
m
m
m-1
Отличительными признаками предлагаемого способа являются дополнительная одновременно с регистрацией электромагнитных волн от источника регистрация электромагнитных волн от спутника, проведение k замеров, определение в каждом замере количество импульсов электромагнитных волн n в течение времени между последующей и предыдущей электромагнитными волнами от спутника t-t определение разницы количества импульсов электромагнитных волн от передатчика j между последующим k и предыдущим k замерами и определение величины колебаний грунта земной поверхности в течение времени t-t из вышеприведенного соотношения. Это позволяет повысить точность измерений величины колебаний грунта земной поверхности за счет прямой цифровой записи колебаний грунта и снижения затрат на проведение контроля. Регистрация электромагнитных волн от спутника необходима для обеспечения точных измерений сейсмических событий, т.к. электромагнитные волны от спутника высокоточны во времени и доступны для любой точки исследуемой территории. Проведение k замеров позволяет обеспечить промежуточное определение количество импульсов n в течение времени между последующей и предыдущей электромагнитными волнами от спутника t-t. Определение разницы количества импульсов электромагнитных волн от передатчика j между последующим k и предыдущим k замерами позволяет судить о колебании грунта.
Вышеуказанное соотношение позволяет с высокой точностью определить величину колебаний грунта земной поверхности.
Способ непрерывного контроля величины колебаний грунта земной поверхности поясняется чертежами, где на фиг.1 представлена схема способа непрерывного контроля величины колебаний грунта земной поверхности, на фиг.2 - график зависимости величины колебаний грунта земной поверхности от интервала времени.
Способ непрерывного контроля величины колебаний грунта земной поверхности осуществляется следующим образом.
m
m
m
m-1
m
m-1
m
m
m-1
m
m-1
Проводят регистрацию электромагнитных волн на пунктах наблюдений от источника. Дополнительно одновременно с регистрацией электромагнитных волн от источника регистрируют электромагнитные волны от спутника, которые идут с очередностью m. Проводят k замеров, в каждом из которых определяют количество импульсов электромагнитных волн n в течение времени между последующей и предыдущей электромагнитными волнами от спутника t-t, где t - время прохождения предыдущей электромагнитной волны от спутника, t - время прохождения последующей электромагнитной волны от спутника. Определяют разницу количества импульсов электромагнитных волн от передатчика j между последующим k и предыдущим k замерами, а величину колебаний грунта земной поверхности в течение времени t-t определяют из соотношения
где
э.в
λ - длина электромагнитной волны от передатчика, установленного на пункте наблюдения,
m
m
m-1
m
m-1
j - разница количества импульсов электромагнитных волн от передатчика между последующим k и предыдущим k замерами в течение времени t-t, ,
э.в
ν - скорость электромагнитных волн,
m
m-1
t-t - время между последующей и предыдущей электромагнитными волнами от спутника.
Соотношение, из которого определяют величину колебаний грунта земной
поверхности, выводится следующим образом.
э.в.
с.в.
m
э.в
с.в
э.в.
Скорость электромагнитных волн равна V 300000 км/с, скорость сейсмических волн V измеряется. Определяют величину γ как отношение V и V, т.е  Определяют длину электромагнитной волны λ.
m
m
m-1
m
m
m-1
m
m
m
m
m
m
m-1
m
m
m-1
m
э.в
m
m
m
m
Экспериментально установлено, что величина перемещения грунта земной поверхности Δ в течение интервала времени t-t равна  Таким образом, при перемещении грунта земной поверхности на величину Δ, определяется (считывается) один импульс электромагнитных волн (фиг.5). В интервале времени t-t приемник считает J импульсов электромагнитных волн. Величину колебаний грунта определяют из соотношения β=Δ·J, где Δ - величина перемещения грунта в течение времени t-t, J - разница количества импульсов сейсмических волн между последующим m и предыдущим m-1 замерами. Сейсмическая волна в течение времени t-t проходит расстояние, равное J·λ. Следовательно  Используя вышеуказанные формулы, получают общее уравнение зависимости β от J, т.е. β=f(J), получаем
m
m
а величина амплитуды A перемещения грунта земной поверхности от начального положения равна сумме величин колебаний грунта во всех k замерах.
Конкретный пример осуществления способа непрерывного контроля величины колебаний грунта земной поверхности.
9
1
2
3
m-1
m
m
m-1
m
m
m
m
m
1
2
m-1
m
m
m
m
m-1
m
m
m-1
э.в
с.в
Расстояние между пунктами наблюдений А и В, на которых проводят непрерывный контроль величины колебаний грунта земной поверхности, равно 60 км. На каждом пункте наблюдений установлены приемник и передатчик. Передатчики на пунктах наблюдения имеют свою собственную частоту. Пункт наблюдения устанавливается на бетонный постамент, к которому жестко прикреплен антенный блок. Остальное оборудование (фильтр частоты, счетчик, компьютерный блок) помещают внутри постамента. Жесткость постамента подбирается такой, чтобы колебания грунта с большой точностью передавались антенному блоку. Глубина и высота постамента зависит от свойств грунта и географического местонахождения пункта наблюдения. При отсутствии какого-либо события (сейсмическое, искусственные взрывы и т.д.) события на пунктах А и В приемниками регистрируются электромагнитные волны от соответствующих передатчиков, установленных на пунктах А и В. В это время на пунктах регистрируется одинаковое количество импульсов. При возникновении, например, сейсмического события, на приемники, установленные на пунктах наблюдений А и В, начинают регистрировать сейсмические волны. Основная величина интенсивности сейсмических волн происходит в начале события, а продолжительность землетрясения обычно больше 10 сек. Для примера возьмем землетрясение с длительностью 17 сек, сейсмическая волна идет со стороны пункта наблюдений А. На пункте наблюдения А принимают также электромагнитные волны (сигналы) от спутника, обеспечивающие отсчет времени. Точность таких сигналов обеспечивают атомные часы, установленные на спутнике. Частота атомных часов равна 10 герц, т.е. 1 ГГц. Приемник, установленный на пункте наблюдения В, считывает импульсы от передатчика, установленного на пункте наблюдения А. Время очередности импульсов обозначают как t,t,t…t,t, (где m=1,2,3…∞. Через каждый период времени t-t=0,01 сек (интервал установлен с помощью делителя частот), т.е. между последующей и предыдущей электромагнитными волнами, идущими от спутника, проводят k замеров, соответствующие очередности электромагнитной волны от спутника. В течение одной секунды проводится 100 замеров (k=100). В каждом замере k в приемнике, установленном на пункте В, посредством счетчика производят подсчет количества импульсов n. Так как во время сейсмического события антенна на пункте В, смещается за счет перемещения почвы, вызванного колебаниями сейсмических волн, следовательно, меняется и количество импульсов n (n,n…n,n). Определяют разницу j количества импульсов электромагнитных волн n от передатчика между последующим k и предыдущим k замерами, т.е. j=n-n. Скорость электромагнитных волн равна V 300000 км/с, скорость сейсмических волн V находится в диапазоне 700-6000 м/с. Длина электромагнитной волны равна 1 м. Все данные подставляют в соотношение
Данные приведены в таблице 1.
Таблица 1.
J<sub>с.в</sub>J<sub>m</sub>, м/с
<img file="00000010.tif" he="13" wi="17" img-content="undefined" img-format="tif" />.
<img file="00000011.tif" he="13" wi="23" img-content="undefined" img-format="tif" /> м
J<sub>m</sub>
β<sub>m</sub>, м
6000
50000
0,2·10<sup>-4</sup>
60
12·10<sup>-4</sup>
5000
60000
0,166·10<sup>-4</sup>
50
8,3·10<sup>-4</sup>
4000
75000
0,133·10<sup>-4</sup>
40
5,32·10<sup>-4</sup>
3000
100000
0,1·10<sup>-4</sup>
30
3·10<sup>-4</sup>
2000
150000
0,066·10<sup>-4</sup>
20
1,32·10<sup>-4</sup>
1000
300000
0,033·10<sup>-4</sup>
10
0,33·10<sup>-4</sup>
m
m
m
m-1
Определяют величину амплитуды Δ перемещения грунта земной поверхности от начального положения, равную сумме величин колебаний грунта во всех k замерах. Строят график. На горизонтальной оси откладывают интервал времени t-t. На вертикальной оси откладывают величину колебаний грунта и величину амплитуды перемещения грунта земной поверхности. График показывает движение грунта земной поверхности в течение времени. Для непрерывного контроля величины колебаний грунта земной поверхности на большой территории можно создать сеть наблюдений, расположенную по определенной сетке.
Предлагаемый способ непрерывного контроля величины колебаний грунта земной поверхности позволяет повысить точность измерений, создание сети наблюдений для защиты от сейсмических событий особоважных объектов.