СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЦУНАМИ
METHOD FOR PREDICTING TSUNAMIS

2
3
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 φ и φ между нормалью к фронту волны, проходящей через центр треугольника, и заданным началом отсчета (биссектриса угла А) по соотношениям (фиг.1)
и
определяют точный угол φ на эпицентр землетрясения
по формуле
2
3
φ=(φ+φ)/2,
определяют величину временной задержки для горизонтальной плоскости (земной поверхности) по формуле:
определяют угол места β гипоцентра из выражения
гц
определяют дальность d до гипоцентра по формуле
c
где Т - время в секундах отставания волны S от волны Р,
эц
определяют дальность d до эпицентра по формуле
эц
гц
d=dcosβ,
определяют глубину гипоцентра h по формуле
гц
h=dsinβ.
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)».
p
s
2
3
Способ реализуется следующими операциями. Определяют в коренной породе время Т прохождения сейсмоволной расстояния, равного стороне "1" треугольника, измеряют в породе скорости V и V 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 φ и φ между нормалью к фронту волны и заданным началом отсчета (биссектриса угла А треугольника) по соотношениям
и
определяют точный угол φ на эпицентр землетрясения по формуле
2
3
φ=(φ+φ)/2,
определяют величину временной задержки для горизонтальной плоскости (земной поверхности) по любой из формул
определяют угол места β на гипоцентр по одной из формул
гц
определяют дальность d до гипоцентра по формуле
c
где Т - время в секундах отставания волны S от волны Р,
эц
определяют дальность d до эпицентра по формуле
эц
гц
d=dcosβ,
определяют глубину гипоцентра h по формуле
гц
h=dsinβ.
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.
1
2
3
2
3
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 t, t и t прихода сейсмосигнала от землетрясения к сейсмоприемникам, определяют для двух малых временных задержек угол φ и φ 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»:
м
- максимальная амплитуда А,
- 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.
p
s
1
2
3
2
3
Способ реализуется следующими операциями. Определяют в коренной породе время Т прохождения сейсмоволной расстояния, равного стороне "1" треугольника, измеряют в породе скорости V и V продольной и поперечной волн, принимают сейсмосигналы от землетрясения, измеряют в вершинах треугольника временные задержки t, t и t с помощью тактовых электрических импульсов, вводят временные задержки в память вычислителя, определяют для двух малых временных задержек угол φ и φ между нормалью к фронту волны и заданным началом отсчета (биссектриса угла А треугольника) по соотношениям
и
определяют точный угол φ на эпицентр землетрясения по формуле
2
3
φ=(φ+φ)/2,
определяют величину временной задержки для горизонтальной плоскости по любой из формул
определяют угол места β на гипоцентр по одной из формул
гц
определяют дальность d до гипоцентра по формуле
c
эц
где Т - время в секундах отставания волны S от волны Р, определяют дальность d до эпицентра по формуле
эц
гц
d=dcosβ,
определяют глубину гипоцентра h по формуле
гц
h=dsinβ.
Для прогноза удара цунами выполняют следующие дополнительные операции:
м
1. Определяют максимальную амплитуду А 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.