СПОСОБ СЕЙСМИЧЕСКОГО МИКРОРАЙОНИРОВАНИЯ
MICROSEISMIC ZONING METHOD

Изобретение относится к геофизике, а более конкретно - к способам обнаружения возможности наступления катастрофических явлений преимущественно на море, и может быть использовано при решении следующих фундаментальных задач: изучение строения земной коры в акваториях мирового океана, исследование совокупности проявления геофизических полей в зонах тектонических разломов непосредственно на дне океана, исследование состояния морской среды в придонной зоне и ее взаимодействие с тектоническими процессами, геофизический мониторинг сложных гидротехнических сооружений, оперативная оценка сейсмического и гидродинамического состояния районов и прогноза возможных сейсмических и экологических последствий, а также заблаговременное оповещение о землетрясениях и цунами.
Известно, что вследствие тектонических особенностей Земли свыше 80% всех землетрясений происходит под дном морей и океанов [1, 2]. В то же время сейсмологическая сеть расположена практически полностью на континентах и некоторых островах. Регистрация удаленных сильных морских землетрясений наземными сейсмографами приводит к большим погрешностям в определении магнитуды и координат гипоцентров, слабые морские землетрясения практически не регистрируются. Самые сильные землетрясения с магнитудой 8 и более баллов, вызывающие в основном катастрофические волны цунами, концентрируются под океаническим дном вблизи сейсмически активных континентальных окраин. В России такими районами являются побережье Камчатки, Курильские острова и остров Сахалин. В настоящее время путем долгосрочного сейсмологического прогноза выявлены места ожидаемых сильнейших землетрясений в этом регионе. Это Авачинский залив Камчатки и пролив Буссоль между островами Урупом и Симуширом Южных Курил. Однако время наступления таких землетрясений на основе долгосрочных прогнозов определяется с погрешностью в десятки-сотни лет.
-5
Известны способы, основанные на использовании глубоководных регистраторов волны цунами, установленных вдоль защищаемого побережья [3, 4]. Такие регистраторы производят измерение давления или толщины водного слоя и должны иметь очень высокую чувствительность. Высота волны цунами в открытом океане в 10 см может многократно увеличиваться на мелководье и представлять существенную опасность. Поэтому при постановке на глубину, например 3 км, регистраторы должны иметь чувствительность не хуже 3×10.
Такую чувствительность обеспечивают кварцевые измерители давления. Для измерения толщины водного слоя используют донные эхолоты. Наиболее развитые системы наблюдения и предупреждения цунами, содержащие сотни наземных сейсмографов и глубоководных регистраторов, имеются в США (DART, NOAA) и Японии (JAMSTEC). Данные системы имеют высокую стоимость и сложный программно-математический аппарат для обработки зарегистрированных сигналов.
Имеется также принципиальная возможность обнаружения волн цунами с помощью спутниковых наблюдений [1, 2]. Однако для обеспечения требуемого разрешения по высоте и времени последовательного сканирования земной поверхности не хуже 10-15 минут необходимо запустить на орбиты несколько десятков спутников. Кроме того, для выделения волн цунами, которые в открытом океане имеют высоту в несколько сантиметров, требуется сложная математическая обработка для исключения помех в виде ветровых и приливных волн, ветровых нагонов.
Известен способ обнаружения возможности наступления катастрофических явлений [5], включающий измерение параметра геофизического поля в контролируемом районе и суждение по полученным данным о возможности наступления катастрофических явлений, в котором измерения проводят непрерывно, выявляют колебания измеряемого параметра и при обнаружении синусоидальных колебаний возрастающей частоты, имеющих амплитуду, статистически достоверно отличающуюся от фоновой для контролируемого района, и период от 100 до 1000000 с, судят о наличии возможности наступления катастрофических явлений.
Недостатком способа является то, что он имеет низкую достоверность прогноза, так как измеряют только один параметр геофизического поля.
Кроме того, синусоидальные колебания измеряемого параметра, при наложении на них акустических и гидродинамических шумов техногенного характера, могут быть как периодическими, так и апериодическими, что требует получения многочисленных массивов измеряемого параметра для выявления амплитуды, статистически достоверно отличающейся от фоновой, для достижения положительного технического результата.
Известен способ сейсмического микрорайонирования [6], включающий размещение исследуемых и опорных пунктов наблюдений на участках с различными инженерно-геологическими условиями, регистрацию в них сейсмических колебаний от землетрясений из потенциально опасных и других очаговых зон, определение динамических параметров сейсмических колебаний и их вариаций в каждом исследуемом пункте наблюдений относительно опорных в заданном частотном диапазоне исследований, в котором с целью повышения достоверности за счет учета влияния латеральной неоднородности скального основания и более глубоких горизонтов геологического разреза дополнительно проводят трехкомпонентную регистрацию сейсмических колебаний по ортогональной, ориентированной на потенциально опасные очаговые зоны сети профилей, при этом расстояние между пунктами наблюдений не превышает 1/3-1/4 длины волны наиболее высокочастотных сейсмических колебаний, образующих информативные вариации амплитуд, а расстояние между профилями составляет 1/3-1/4 минимального пространственного периода информативных амплитудных вариаций высокочастотного диапазона сейсмических колебаний.
Выполнение трехкомпонентной регистрации сейсмических колебаний по ортогональной, ориентированной на потенциально опасные очаговые зоны сети профилей действительно повышает достоверность классификации возможного землетрясения.
Однако ввиду того, что в известном способе определение динамических параметров осуществляется путем анализа только наиболее высокочастотных сейсмических колебаний, повышение достоверности прогноза возможно только при стабильных во времени колебательных процессах и при отсутствии помех, обусловленных акустическими и гидродинамическими шумами природного и техногенного характера. Поэтому если в наземных условиях, с некоторыми допущениями, использование данного способа имеет положительный технический эффект, то в морских условиях для прогноза возможности возникновения цунами он практически не применим, поскольку на значительных расстояниях (больших размера очага) невозможно определить характер деформации дна, а существенная волна цунами возникает только при вертикальных или наклонных его движениях. Ложные же тревоги приводят к большим материальным потерям. Кроме того, существенную роль в повышении точности измерения сигналов, по которым устанавливают предвестники катастрофических явлений, играет база измерений и ориентация средств измерений относительно источника. Так, например, разнос измерителей в высоких и экваториальных широтах на более чем на 10 километров при измерении электрических и магнитных компонент приводит к большим (до 50%) погрешностям измерений импеданса.
Известно, что высокая подвижность земной коры наблюдается в пределах наиболее динамичных структур дна Мирового океана, которыми являются переходные зоны и средне-океанические хребты.
На материковых платформах (за некоторыми исключениями) и в ложе океана землетрясения случаются крайне редко и не приобретают разрушительной силы (см., например, [23]).
При этом сейсмика переходных зон и средне-океанических хребтов различается. Известно, что по глубине нахождения очаги землетрясения делят на поверхностные (глубина гипоцентра до 60 км), среднефокусные (60-300 км) и глубокофокусные (более 300 км). В переходных зонах представлены все типы землетрясений. В срединно-океанических зонах отмечены исключительно поверхностные землетрясения. Наиболее сильные землетрясения приурочены преимущественно к переходным зонам, в области срединных хребтов отмечены лишь единичные сильные землетрясения.
Недостатки, аналогичные перечисленным выше, присущи также способам и устройствам, предназначенным для регистрации сигналов сейсмического происхождения в морских условиях [7-22]. В известных способах существенное значение погрешности обусловлено тем, что при обработке зарегистрированных сигналов используют среднее поле распространения сигналов. В то время как максимальные отклонения реального поля от среднего отличаются именно на горизонтах максимальных градиентов. При этом реальное поле резко отличается от идеальной модели. При влиянии внешних факторов с использованием акустических средств регистрации сигналов образуется зона тени, расположенная в полосе 5-16 километров от источника. Причем ее протяженность в разных направлениях неодинакова и может отличаться в 5 раз и более, а с увеличением дистанции между приемником и источником сигналов погрешности возрастают. Для морских условий до 15 километров они находятся в пределах 2 дБ, далее в промежутке от 15 до 30 километров наблюдается их резкий рост до 6 дБ. В дальнейшем в промежутке от 30 до 60 километров величина погрешности монотонно увеличивается до 7,5 дБ.
Задачей заявляемого технического решения является расширение функциональных возможностей известных способов.
Поставленная задача решается за счет того, что в способе сейсмического микрорайонирования [6], включающем размещение исследуемых и опорных пунктов наблюдений на участках с различными инженерно-геологическими условиями, регистрацию в них сейсмических колебаний от землетрясений из потенциально опасных и других очаговых зон, определение динамических параметров сейсмических колебаний и их вариаций в каждом исследуемом пункте наблюдений относительно опорных в заданном частотном диапазоне исследований, с целью повышения достоверности за счет учета влияния латеральной неоднородности скального основания и более глубоких горизонтов геологического разреза дополнительно проводят трехкомпонентную регистрацию сейсмических колебаний по ортогональной, ориентированной на потенциально опасные очаговые зоны сети профилей и, кроме того, дополнительно регистрируют давление волн цунами на дно на частотах 0,003-0,01 Гц посредством донных сейсмографов с широкополосными сейсмическими каналами 0,003-20 Гц, транслируют зарегистрированные сигналы по гидроакустическому каналу связи на опорные пункты, размещенные в исследуемых районах, при этом донные сейсмографы размещают на материком склоне и шельфе вдоль линии подножия континентального склона, при обработке сейсмических колебаний определяют временные вариации геомагнитного поля путем измерения параметров гравитационного и магнитного полей в местах установки донных сейсмографов.
Новые отличительные признаки, заключающиеся в том, что регистрируют давление волн цунами на морское дно на частотах 0,003-0,01 Гц посредством донных сейсмографов с широкополосными сейсмическими каналами 0,003-20 Гц, транслируют зарегистрированные сигналы по гидроакустическому каналу связи на опорные пункты, размещенные в исследуемых районах, при этом донные сейсмографы размещают на материковом склоне и шельфе вдоль линии подножия континентального склона, при обработке сейсмических колебаний определяют временные вариации геомагнитного поля путем измерения параметров гравитационного и магнитного полей в местах установки донных сейсмографов, позволяют выполнить геофизический мониторинг путем моделирования сейсмического состояния исследуемого района при помощи регистрации давления волн цунами на дно на частотах 0,003-0,01 Гц посредством широкополосных сейсмических каналов, получить оперативную оценку сейсмического состояния исследуемых районов с достоверным прогнозом возможных сейсмических событий, а также осуществить раннее оповещение о приближающихся землетрясениях и цунами.
Кроме того, появляется возможность выявления гравитационных и магнитных аномалий в районах исследований. Это обстоятельство при выполнении сейсмических исследований на континентальном шельфе позволяет использовать предлагаемое техническое решение для выявления нефтегазоносных районов.
Поскольку многие шельфы представляют собой продолжение низменностей, приуроченных к крупным платформенным прогибам или синеклизам, то толщи, выполняющие эти прогибы, наклонены в сторону шельфа и достигают максимальной мощности именно в его пределах. Большая мощность терригенных осадков в нефтегазоносных районах является условием, благоприятствующим нефтегазоносности.
Известные способы позволяют достичь технического результата, заключающегося в повышении достоверности, только в условиях изотропного поля, так как характер убывания интенсивности звукового сигнала по мере удаления от источника в горизонтально неоднородном поле (особенно в океане) резко отличается от той же зависимости в условиях изотропного поля. Мезомасштабные неоднородности океана (фронты, ринги) резко перестраивают звуковое поле, вызывая колебания интенсивности сигнала до 5 дБ при прогнозе дальности их действия (Д) до 10 км. Поэтому для эффективного прогноза гидрологоакустических условий в аномальных районах необходимо четкое установление центров и границ, а также определение параметров возмущающих образований. Неопределенность в расчете звукового поля по климатическим данным или опорному полю выражается в стандартных отклонениях реального уровня от опорного в 4-9 дБ при Д=90 км, что соответствует погрешности в прогнозе ожидаемой дальности действия гидроакустических систем на 60-90%. Использование единственной кривой вертикального распределения скорости звука для акустических расчетов допустимо лишь на малых дистанциях (до 10 км), что крайне редко встречается в реальных условиях. По величине и направлению (знаку) горизонтального градиента вдоль трассы распространения сигнала можно судить о степени изменчивости интенсивности звукового поля на горизонте приема относительно фиксированного источника. Для расчетов акустического поля параметром является профиль скорости звука, точно совпадающий с фактическим профилем в месте расположения источника. Однако при использовании режимной информации среднеквадратический профиль, как правило, не совпадает с фактическим профилем, что приводит к дополнительным случайным погрешностям в конечном результате.
Совокупность новых признаков из известного уровня техники не выявлена, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию патентоспособности "изобретательский уровень".
Способ реализуется посредством устройства, блок-схема которого приведена на чертеже.
Чертеж. Блок-схема устройства для реализации способа включает донный сейсмограф 1, состоящий из датчиков слабых сейсмических сигналов 2 и датчиков сильных движений дна 3, цифровой многоканальный накопитель информации 4, буферную память 5, блок регистрации и управления 6, канал гидроакустической связи 7, источник питания 8, датчик магнитного поля 9, донный гравиметр 10, гидрофизический модуль 11, блок оптических измерений 12, средства хранения информации 13, блок гидрохимических измерений 14, спектроанализатор 15, сейсмоакустический блок 16, блок гидроакустического телеуправления 17, модем кабельной линии связи 18, блок контроля радиоактивных элементов 19, датчик обнаружения метана 20.
Указанные устройства могут быть размещены как в корпусе автономных донных станций, так и в корпусе подводных обсерваторий (см., например, [24-26]).
В качестве измерительных датчиков могут быть использованы акустические сейсмические датчики для регистрации акустических сигналов, протонные или квантовые вариометры и магнитометры для измерения электрической и магнитной компоненты естественного электромагнитного поля земли с выделением магнитотеллурической составляющей на фоне помех с разносом электрических и магнитных датчиков на величину Δr≤(0,013…0,025)r, (где r - расстояние между приемником и источником). При этом выделение магнитотеллурической составляющей на фоне помех существенно упрощается, так как помехи по электрическому и магнитному каналам вызваны различными источниками (являются некоррелированными) ввиду разноса датчиков на величину Δr. При этом магнитные составляющие естественного магнитного поля меньше, чем электрические, зависят от характера геоэлектрического разреза вдали от горизонтальных неоднородностей.
В качестве датчика магнитного поля 9, предназначенного для измерения абсолютного значения магнитной индукции поля земли в морских акваториях до глубин 6000 метров, применен датчик с диапазоном измеряемой величины магнитной индукции 20000-100000 нТ. Аналогом является морской донный магнитометр типа SFSM. Для выполнения гравиметрических измерений может быть применен гравиметр 10, представляющий собой конструкцию принудительно уравновешенного акселерометра, в котором рабочая частота поддерживается в нулевом положении с помощью механизма обратной связи, или струнный гравиметр типа BGM-3.
В качестве датчиков сейсмоакустического блока 16 для реализации заявляемого способа применен трехкомпонентный сейсмоакустический датчик, который предназначен для преобразования третьей производной колебания грунта в электрический сигнал в частотном диапазоне 20-1000 Гц, динамический диапазон которого в полосе 1/3 октавы и с центральной частотой 30 Гц составляет не менее 60 дБ, а также сейсмоприемник типа СМ-5 (велосиметр), включающий три сейсмических датчика с частотным диапазоном регистрации сейсмических сигналов 0,003-20 Гц, полный динамический диапазон не менее 120 дБ. В качестве донного датчика давления применен датчик с диапазоном до 600 атм с погрешностью измерений 0,03%.
Гидроакустический канал связи 7 обеспечивает дальность до 8000 м с диапазоном частот сигналов переносчиков команд 7-10 кГц.
Спектроанализатор 15 предназначен для измерения спектров комбинационного рассеяния оптического излучения в составе подводной обсерватории. По спектрам комбинационного рассеивания получают информацию о составе морской воды. Основные технические характеристики спектроанализатора 15: спектральный диапазон 0,52-0,78 мкм, полоса пропускания 0,54 нм на 0,783 мкм, точность позиционирования по спектру 0,2 нм, число спектральных каналов 4096.
Блок питания 8 предназначен для обеспечения автономного питания.
Блок контроля радиоактивных элементов 19 предназначен для определения содержания гамма-излучающих радионуклидов (как техногенного, так и естественного происхождения) в морской воде.
Основные технические характеристики блока 19: диапазон регистрируемых энергий 0,2-3,0 мэВ, энергетическое разрешение по линии цезия 13713%, число уровней квантования спектра 256, максимальное число отсчетов в канале 65000, максимальная скорость регистрации не менее 1000 м/с.
Модем кабельной линии связи 18 предназначен для передачи зарегистрированных параметров на диспетчерскую станцию.
Блок регистрации и управления 6 подводным комплексом предназначен для сбора информации от датчиков подводной обсерватории, привязки ее к системе точного времени, сжатия и передачи по кабельной линии связи через модем кабельной линии связи или для записи информации на жесткий магнитный диск в автономном режиме.
Аппаратура блока гидроакустического телеуправления 17 предназначена для управления режимами работы и тестирования подводной обсерватории, а также для подачи сигнала на всплытие радиобуев.
Аппаратура блока гидроакустического телеуправления 17 состоит из двух частей. Аппаратура, входящая в состав диспетчерской станции и осуществляющая передачу команд управления на расстоянии до 8 километров, предназначена для управления режимами работы путем передачи гидроакустических команд управления, приема квитанций от подводной обсерватории, подтверждающих выполнение команд, измерения дальности до подводной обсерватории.
Подводная часть аппаратуры гидроакустического телеуправления 17, размещенная в подводной обсерватории, обеспечивает прием, декодирование гидроакустических команд управления режимами работ подводной обсерватории и передачу квитанций, подтверждающих выполнение команд, а также подачу команд на всплытие радиобуев, сообщающих о превышении тех или иных параметров, измеряемых подводной обсерватории при работе в автономном и кабельном режиме.
Гидрофизический модуль 11 предназначен для выполнения измерений следующих величин:
- температуры,
- давления, электропроводимости,
- вектора скорости течения (трехосный акустический измеритель течений),
- ориентации платформы обсерватории (величины крен-дифферент).
Донный сейсмограф 1 предназначен для обеспечения непрерывного сейсмического мониторинга морского дна в широком частотном и динамическом диапазонах.
Он включает в себя датчики слабых сейсмических сигналов 2 и датчики сильных движений дна 3, блок пространственной ориентации. Блок пространственной ориентации предназначен для определения точного положения в пространстве всех сейсмодатчиков.
Используют трехкомпонентные сейсмические датчики (две горизонтальные и одна вертикальная компоненты), предназначенные для преобразования скорости колебания грунта в электрический сигнал в соответствующем динамическом и частотном диапазонах.
Сейсмоакустический блок 16 представляет собой трехкомпонентный сейсмоакустический датчик и предназначен для преобразования третьей производной колебания грунта в электрический сигнал в соответствующем динамическом и частотном диапазонах. Основные технические характеристики сейсмоакустического блока 16: количество сейсмоакустических каналов 3, частотный диапазон 20-1000 Гц, динамический диапазон в полосе 1/3 октавы и с центральной частотой 30 Гц не менее 60 дБ, амплитуда выходного сигнала не более ±10 В, амплитуда контрольного сигнала при токе нагрузки 4 мА не более ±5 В.
В качестве датчика используется модуль электрического компаса ТСМ-2 фирмы "Precision Navigation", представляющий из себя трехосный феррозондовый магнитометр и блок электроники, выполненные на одной плате, что позволяет измерять величины магнитной индукции поля земли в морских акваториях до глубин 6000 м, в диапазоне измеряемой величины магнитной индукции 20000…100000 нТ, с погрешностью отсчитывания ±10 нТ.
Блок гидрохимических измерений 14 представляет собой устройство, которое предназначено для классификации загрязнений морской воды по спектральным характеристикам и молекулярному составу. Аналогами устройств 15, 19 являются устройства, приведенные в источниках [27-30].
Опорные пункты выполнены в виде береговых сооружений или плавсредств (плавучие, стационарные и заякоренные платформы, суда). Средства опорного пункта включают в себя:
- персональный компьютер, совместимый с IBM PC,
- приемник спутниковой навигационной системы GPS,
- блок автономного гидроакустического размыкателя,
- аппаратуру гидроакустического телеуправления.
Минимальная конфигурация персонального компьютера включает:
- процессор - Pentium 166 МГц,
- ОЗУ - 32 Мбайт,
- плату SVGA с памятью 1 Мбайт,
- дополнительную плату с двумя последовательными портами с FIFO памятью (UART16550 - совместимая).
Они используются для обработки информации, полученной с подводной обсерватории.
Программно-математическое обеспечение средств обработки зарегистрированной информации опорного пункта предназначено для проверки всех измерительных каналов подводной обсерватории и блока регистрации и управления 6 через последовательный порт RS-485, привязки к системе единого времени внутренних часов блока регистрации и управления 6 посредством аппаратуры блока гидроакустического телеуправления 17 и приемника GPS, осуществления привязки к географическим координатам посредством аппаратуры блока гидроакустического телеуправления 17, получения информации по результатам тестовых проверок после установки подводной обсерватории на дно.
Алгоритм основного режима работы опорного пункта заключается в обеспечении связи между подводным комплексом и диспетчерской станцией, которая осуществляется через оптоволоконный глубоководный кабель по методу доступа с временным разделением абонентов. Каждая подводная обсерватория имеет свой адрес. В этом случае сеть диспетчерских станций работает в симплексном режиме. К одной диспетчерской станции одновременно возможно подключение через глубоководный кабель до 16-ти подводных обсерваторий, работающих в автономном необслуживаемом режиме.
Количество измерительных каналов в каждой подводной обсерватории зависит от решаемой задачи в конкретном месте постановки подводной обсерватории. В принципе, максимальное количество цифровых измерительных каналов может быть до 30, а аналоговых - до 6.
Управляющий компьютер опорного пункта и программно-математическое обеспечение реального времени предназначены для управления оборудованием подводной обсерватории, диагностирования ее неисправностей, приема данных, получаемых с подводной обсерватории, и размещения получаемых данных на устройствах накопления информации. Функционирование всего аппаратно-программного комплекса определяется файлом конфигурации, который создается специальной программой и задает наличие подводных обсерваторий, тип используемых геофизических каналов, параметры каналов, а также наличие или отсутствие аппаратуры синхронизации времени (приемник GPS).
При запуске программы регистрации считывается конфигурация всей сети подводной обсерватории, производится привязка времени по Гринвичу с точностью до нескольких десятков микросекунд и расчет поправок к частоте кварца компьютера для поддержания функционирования комплекса в случае кратковременного отказа приемника GPS. Синхронизация времени осуществляется каждую секунду от приемника GPS.
Вслед за синхронизацией происходят опрос, программирование, синхронизация и запуск оборудования отдельных подводных обсерваторий. Запрашивается состояние оборудования каждой подводной обсерватории (ее исправность, наличие каналов, исправность каналов и т.д.). В случае возникших проблем на экран выдается соответствующее сообщение (оно также записывается в файл протокола функционирования). В блок регистрации и управления 6 подводной обсерватории передается программа работы для каждого измерительного канала, частота опроса и коэффициент усиления.
Перед запуском каждый блок управления и регистрации 6 синхронизируется по времени компьютера опорного пункта (в дальнейшем синхронизация проводится каждые 10 сек). При синхронизации учитывается время прохождения сигнала от компьютера диспетчерской станции до синхронизируемого блока регистрации и управления. После этого блок регистрации и управления запускается и начинает сбор данных с измерительных каналов. Блок регистрации и управления 6 в каждой подводной обсерватории работает независимо и всю информацию сжимает и складывает в буферную память 5. Управляющий компьютер опорного пункта циклически запрашивает у соответствующего блока регистрации и управления 6 данные о зарегистрированных датчиками сигналов и, в случае их наличия, принимает их и записывает в свои буфера в оперативной памяти. После накопления достаточного количества данных для канала они переписываются в файл, соответствующий типу канала. Обычно эти файлы расположены на другом компьютере и доступны по локальной сети, хотя для кратковременных экспериментов система может быть сконфигурирована таким образом, что будет использоваться локальный диск. При кратковременных разрывах связи (до 10 мин) данные не теряются, в силу наличия у каждого блока регистрации и управления достаточно большого собственного буфера. В процессе обмена данными оператором может быть проведена калибровка любого измерительного канала, входящего в состав сети опорного пункта. При возникновении нештатных ситуаций (разрыв связи с подводной обсерваторией, его поломка, отказ отдельных каналов, либо восстановления вышеперечисленного), а также некоторых штатных ситуаций (возникновение события или запуск калибровки соответствующего измерительного канала) выдается сообщение на экран, включающее время по Гринвичу наступления ситуации, имена подводных обсерваторий и канала, а также само сообщение. Сообщения также записываются в буфер размером 100 строк и в файл протокола. Буфер может быть просмотрен оператором в любое время.
Измерительные датчики подводной обсерватории после ее постановки на дно функционируют по прямому назначению. Зарегистрированные датчиками сигналы записываются на средства хранения информации и при сеансах связи передаются на опорный пункт, где выполняется полный анализ оценки сейсмического и гидродинамического состояния исследуемых районов, по результатам которого делается прогноз о возможных сейсмических и экологических катастрофических событиях природного и техногенного характера. В состав измерительных средств также введен датчик обнаружения метана 20, например типа METS ("CAPSUM"), который позволяет измерять концентрацию метана в водной толще. Датчик представляет собой полупроводниковый прибор, принцип работы которого заключается в том, что диффузия молекул углеводородов из воды через специальную силиконовую мембрану транслируется в камеру датчика. Адсорбция молекул углеводов на активном слое датчика приводит к электронному обмену с молекулами кислорода, таким образом, меняется сопротивление активного слоя, которое преобразуется в выходное (измеряемое) напряжение.
Основные характеристики датчика:
- 10 мкM силиконовая мембрана,
- рабочая глубина 0-3500 м,
- рабочая температура 2-20 градусов С,
- время измерения 1-3 с,
- время стабилизации диффузии до 5 мин в зависимости от турбулентности,
- входное напряжение 9-36 В,
- расход энергии 160 мА/ч,
- выходной сигнал - аналоговый 0-5 В и цифровой RS-485,
- метан 50 нмоль/л - 10 мкмоль/л.
Аналогами измерительных датчиков являются датчики, описанные в источниках [9-18].
Сущность способа заключается в следующем.
На участках с различными инженерно-геологическими условиями размещают исследуемые и опорные пункты наблюдений. В указанных пунктах наблюдений регистрируют сейсмические колебания от землетрясений из потенциально опасных и других очаговых зон.
Определяют динамические параметры сейсмических колебаний и их вариаций в каждом исследуемом пункте наблюдений относительно опорных в заданном частотном диапазоне. Дополнительно проводят трехкомпонентную регистрацию сейсмических колебаний по ортогональной, ориентированной на потенциально опасные очаговые зоны сети профилей.
Кроме того, на материковом склоне и шельфе вдоль линии подножия континентального склона размещают автономные донные станции или подводные обсерватории, на которых установлены средства измерения.
Посредством датчиков слабых сейсмических сигналов, измеряющих три компоненты (горизонтальная, вертикальная и наклонная составляющие) в диапазоне 0,003-0,1 Гц, и датчиков сильных движений дна в диапазоне 0,01-20 Гц, измеряющих также три компоненты, регистрируют сигналы на границе раздела морская вода - морской грунт. При обработке сигналов в качестве решающей статистики используется сумма квадратов амплитуд, имеющая максимальное значение для сигнала ожидаемой структуры. Вычисления выполняются для каждого момента времени для получения временной зависимости для каждого поля. Присутствие в ней максимума означает наличие в источнике ожидаемой структуры возбуждения того или иного поля. Глобальный максимум соответствует времени прихода совокупного принятого сигнала. При достижении величины глобального максимума, равного среднему значению между амплитудами, характеризующими уровни состояния естественного геофизического и гидрофизического полей, судят о возможности наступления катастрофического явления. При обработке сейсмических колебаний определяют временные вариации геомагнитного поля путем измерения параметров гравитационного и магнитного полей в местах установки донных сейсмографов.
Реализация устройства технической сложности не представляет, так как устройство реализовано на серийно выпускаемых датчиках и элементах микроэлектроники, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения условию патентоспособности "промышленная применимость".
Источники информации
1. Соловьев С.Л. История и перспективы развития морской сейсмологии. - М.: Наука, 1985.
2. Левин Б.В., Носов М.А. Физика цунами и родственных явлений в океане. - М.: Янус-К, 2005.
3. Система предупреждения цунами «DART-||». http://www.noaanews.noaa.gov/stories 2006/tsunami-dart-two-buoy2/.
4. Prothero W.A. Ocean bottom seismometer technology // EOS. Trans. Amer. Geoph. Un. 1984, v.65, №13. p.113-116.
5. RU 2030769, 10.03.1995.
6. SU 1251694, 30.07.1994.
7. ЕР 0525391, 03.02.1993.
8. NL 9120014, 04.01.1993.
9. ЕР 0509062, 21.10.1992.
10. ЕР 0512756, 11.11.1992.
11. US 5131489, 21.07.1992.
12. US 5128907, 07.07.1992.
13. NO 923269, 20.08.1992.
14. NO 923364, 27.10.1992.
15. NO 169985, 18.05.1992.
16. EP 0516662, 09.12.1992.
17. US 5142501, 25.08.1992.
18. EP 0519810, 23.12.1992.
19. EP 0519031, 23.12.1992.
20. CA 1310101, 10.11.1992.
21. NO 911639, 26.10.1992.
22. NO 171387, 23.11.1992.
23. Леонтьев O.К. Морская геология. - M.: Высшая школа, 1982, с.35.
24. Смирнов Г.В., Еремеев В.И., Агеев М.Д. и др. Средства и методы океанологических исследований. - М.: Наука, 2005.
25. Ковчин И.С. Автономные океанографические средства измерений. - Л.: Гидрометеоиздат, 1991.
26. Современные донные станции для сейморазведки и сейсмологического мониторинга / Зубко Ю.Н., Левченко Д.Г., Леденев В.В., Парамонов А.А. // Научное приборостроение, 2003, том 13, №4, с.70-82.
27. Основные процессы и аппараты химической технологии: Пособие по проектированию под ред. Ю.И.Дытнерского. - М.: Химия, 1983.
28. Химико-аналитические комплексы фирмы Agilent Technologies (US), http://www.chem.agilent.com.
29. Химико-аналитические комплексы фирмы SRI Instruments (US), http://www.perichrom.com.
30. Химико-аналитические комплексы ЗАО "Хроматэк" (RU), http://www.chronomatec.ru.