Способ прогнозирования землетрясений

1Изобретение относится к геофизике, в частности к технике исследования физических явлений, происходящих в земной коре, которые могут быть использованы при прогнозировании землетрясений в сейсмически активных районах.Известен способ прогнозирования землетрясений, включающий измерениясилы тяжести в наблюдательных сква О зинах Г 1 3Однако в данном способе выбор мест расположения наблюдательных скважин на изучаемой площади осуществляют беэ должного обоснования, 15 вследствие чего снижается информативность способа и повышаются объемы бурения.Наиболее близким техническим решением к изобретению является спо соб прогнозирования землетрясений, включаинций разбивку профилей вкрест превалирующего простирания тектонических нарушений и разломов земной коры, бурение наблюдательных сква жин на этих профилях, контроль изме-. нений гидрогеохимических процессов в скважинах и выявление предвестников землетрясения 2 3.Комплекс наблюдений нацелен на 30 изучение режима подземных вод, т.е, того, как изменяются во времени содержания различных химических элементов и соединений в пробах воды иэ скважин, уровни подземных вод и дру гие гидрогеохимические показатели режима, выступающие в данном случае в качестве так называемых гидрогеохимических предвестников землетрясений: по их специфическим изменениям судят Ю о предстоящем землетрясении и прогнозируют его время. Места бурения наблюдательных скважин в этом способе выбирают еа основе анализа особенностей геологических, гидрогеологи ческих и других условий. Однако наиболее малый недоучет таких условий приводит к тому, что скважины в целях прогнозирования работают плохо, и возникает необходимость в бурении . 50 новых скважин в других местах, изза чего происходит потеря времени и требуются значительные дополнительные затраты средств. Часто сквазины, расположенные на расстоянии несколь ких десятков метров одна от другой, резко различаются по степени информативности при прогнозировании эем 287летрясений, что наиболее наглядноиллюстрирует лишние объемы дорогостоящего бурения.Цель изобретения - повышение эф.фективности способа путем сокращения объема бурения за счет увеличения прогнозной информативности наблюдательных скважин,Поставленная цель достигается тем,что согласно способу прогнозированияземлетрясений, включакицему разбивкупрофилей вкрест преволирукщего простирания тектонических нарушений и разломов земной коры, бурение наблюдательных скважин на этих профилях,контроль изменений гидрогеохимическихпроцессов в сквазинах и выявлениепредвестников землетрясения, до бурения по каждому профилю выполняютгравиметрическую съемку при не менеечем трех различных атмосферных давлениях, выделяют неприливные измене,ния силы тяжести и по превьвениюнми фоновых значенйй выбирают местабурения наблюдательных скважин.Физической основой способа является изменение напряженного состояниямассива горной породы.В соответствии с современнымипредставлениями о механизме эамлетрясений, когда величина напряженийпревышает предел упругой деформациипород, начинается наиболее интенсивное образование микротрещин, а вследза этим и дилатансия ( т.е. увеличение единичного объема пород ). В образующиеся трещины проникают подземныеводы и получают допонительные порциирастворенных веществ. Все это изме"няет плотностные характеристикисреды, обуспавливая появление неприливных изменений силы тяжести, и ведет к изменению резима подземных вод,давая воэможность по наблюдениям заними получать предвестниковую информацию о готовящемся землетрясении.С очагом готовящегося землетрясения подземные воды связаны прежде всего через разломы и тектонические нарушения. Однако далеко не все подобные разрывные структуры даже в сейсмически опасных районах могут быть использованы для размещения наблюдательных скважин. Для. этого нужно найти так называемые активные разрывные структуры, которые в предлагаемом способе выделяются по неприливным изменениям силы тяжести.3 1163 В активных разрывных структурах, сложенных породами повышенной проницаемости и представляющих собой ослабленные участки земной коры, режим подземных вод наиболее значи тельно изменяется под влиянием изменяющихся напряжений, отражая про" цессы в очаге готовящегося землетрясения.Чтобы при картировании активных 10 разрывных структур не дожидаться, когда они проявят себя неприливными изменениями силы тяжести, обусловленными механизмом готовящегося землетрясения, нужно найти какую-то . 15 внешнюю силу, также приводящую к неприпивным изменениям силы тяжести над ними. Такой силой в предлагаемом способе является атмосферное давление, Экспериментально установлено, что для уверенного картирования активных разрывных структур по неприливным изменениям силы тяжести необ" ходимо провести не менее трех рейсов гравиметрических наблюдений. 25 Причем первый иэ рейсов выполняется при любом атмосферном давлении, а последующие в дни, отличающиеся от первого и между собой по среднему атмосферному давлению не менее, чем на 0,4 Х от среднего атмосферного давления во время первого рейса.При этом условии наблюдаемая величина неприпивных изменений силы тяжести в несколько раэ превышает.погреш"ы 35 ность измерений, достигаемую при работах с современными гравиметрами ( 10,0 мГал) т.еони выделяются уверенно.По мере совершенствования грави 40 метрической аппаратуры (снижение погрешности измерений) принятое относительное различие дней выполнения гравиметрических наблюдений по атмосферному давлению будет снижаться. Требование о количестве рейсов гравимет-. рической съемки (не менее трех) исходит иэ того, что наименьшей статистически оправданной величиной может быть величина, полученная не менее чем по трем опытам. Гравитационное воздействие атмосферы (Разное при разном атмосферном давлении) исключается методикой наблюдений. Последняя предусматривает 55 возвращение на опорный пункт в про" цессе гравиметрических рейсов не реже, чем через каждые 30 мин. За,.это 287 4время атмосферное давление редко иэменяется больше, чем на 5 Па, что мо,жет увеличить погрешность измеренийвсего на величину около0,000006 мГал.Использование атмосферного давления в качестве внешней силы основанона представлении о том, что его изменение также должно отражаться на нз"менении плотностных характеристик среды, выполняющей активные разрывныеструктуры, приводя к возникновениюнеприливных изменений силы тяжестинад такими структурами. Среда, выпол"няющая активные разрывные структуры,уже нарушена тектоническим процессом(дробленые, перемятые измененныепороды). Изменяющее во времени атмосферное давление, дополнительно воз"действуя на нарушенную среду, ведетк неоднократной смене и повторяемостидеформаций, что усиливает изменениеплотности, так как нарушенные породыпри прочих равных условиях деформируются больше.Длина профилей, на которых выбираются места для бурения, в зависимости от геологических и других условий может варьировать от несколькихдесятков метров до нескольких кипометров, а расстояние между ними отединиц километров до десятков кило"метров, т.е. при реализации предложенного способа гравиметрическимирейсами поочередно могут отрабатываться профипи (или их интервалы) сосредней длиной 1,5 - 2 км. Это надоучитывать, оценивая влияние уровнягрунтовых вод как возможного мешающего Фактора.Изменение положения уровня грунтовых вод происходит примерно одновременно и одинаково на значительной территории, обычно сожержащейн столь короткие профили, и опорныйпункт, по отношению к которому измеряют силу тяжести. При этом условии уровень грунтовых вод выступаетв качестве регионального фактора,который иногда может чрезвычайномало (в пределах первых тысячныхдолей мГал) сказаться на измеряемойсиле тяжести как на величине относительной,Если такое влияние и имеет место,то оно изменяет общий уровень сипытяжести в том или ином рейсе, чтоне отражается на конечном результатеинтерпретации.1163287 5Из-за сложного механизма подго"товки землетрясений рассчитать теоретически величину неприливных изменений силы, тяжести, которые будутим обусловлены, трудно. Экспериментальные данные показывают, что онадостигает 10,1 - 0,2 мГал, однакозависит от местоположения опорногопункта, по отношению к которому ведутся все измерения, выполняемые спомощью относительных приборов-гра"виметров. Таким образом, предложе-.ние испольэовать информацию о неприливных изменениях силы тяжести припрогнозировании землетрясений для 15размещения наблюдательных скважиносновано на зависимости контрастности изменения гидрогеохнмическихпредвестников землетрясений от величины непрнливных изменений силытяжести.На чертеже показана схема проведения способа.На профильной линии 1 показаныпункты 2 измерений, в которых проведено не менее трех рейсов гравиметрических измерений. Данные измерений и последующих статистическихвычислений нанесены на график в виде кривой 3, характеризующей величину неприливных изменений силы тяжести величину 6 )вдоль профильнойлинии 1, и в виде горизонтальных линий 4 и 5, характеризующих утроеннуюпогрешность измерений и фон для отдельных частей кривой 3. Линии 4 и 5показывают интервалы 6 - бп профкпьной линии 1, где неприливныеизменения силы тяжести превьзпают какутроенную погрешность измерений, так 4и фон, перспективные для бурениянаблюдательных скважин 7. и:.-. - ,.неперспективные для этого интервалы 8,Прогнозирование землетрясенийосуществляют следующим образом.45В сейсмически активном районе научастке, где по комплексу геологических, гидрогеологических и другихданных предполагается разместить наб"людательные скважины, намечают отдельные профильные линии и пунктыизмерений на них. При этом профильные линии располагают вкрест превалирующего простирания зон разломови тектонических нарушений, а рассто" 55янке между пунктами измерений выби-рают из расчета, чтобы на них можнобыло получить информацию об основных,пересекаемых профильными линиями,элементах тектонической структуры(зоны разломов, тектонические нарушения, отдельные блоки пород и т.д.).Затем на пунктах измерений в различающиеся между собой на 0,43 по атмосферному давлению дни проводят неменее трех рейсов гравиметрическихизмерений, по которым судят о величине неприливных изменений силы тяжести. Силу тяжести измеряют с помощьюгравиметра (гравиметров) по отношениюк одному опорному пункту, вынесенномуза пределы профильных линий и расположенному на площади пород, наименее нарушенных тектоническими нарушениями и зонами разломов, а также не затронутых экзогенными геологическимипроцессами. Чтобы снизить погрешностьизмерений и одновременно свести к допустимому минимуму влияние периодических изменений силы тяжести, обусловленных воздействием Луны и Солнца,продолжительность звеньев в каждомрейсе делают не более 30 мнн. По данным каждого рейса вычисляют наблюдаемые значения силы тяжести, и, используя повторные измерения в рейсе, оценивают среднеквадратическую погрешность определения этих значений. Последняя является основным критериемоценки точности аномалии силы тяжести, так как поправки Буге, и нормапьный градиент, влияние рельефа в наблюдаемые значения силы тяжести невносят. Эти факторы могут привести кошибке в величине неприливных изменений силы тяжести около 0,0001 мГал,что на два порядка ниже погрешностиопределения наблюдаемых значений силытяжести в рейсах, которая в данномслучае должна составлять 0,02 -0,025 мГал. После этого определяютвеличину непреливных изменений силытяжести в пунктах измерений на профильных линиях и выбирают места рас"положения наблюдательных скважин. Для определения величины неприливных изменений силы тяжести вычисляют среднеквадратическое отклонение наблюдаемых значений силы тяжести (4) на каждом пункте измерений, используя для этого значения из всех рейсов, а затем строят график этой величины по профилю. Места расположения наблюдательных скважин выбирают в пределах интервалов профиля, где величина неприливных изме1163 Среднеквадратическоеотклонение величиныпредвестника в пробахводы из скважины Гидро геохимическийпредвестник землетря"сений Общая минерализация,г/л т,33Заказ 4101/46 Тираж 748 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, %-35, Раушская наб д.4/5филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 7нений силы тяжести, характеризующаяся величиной 6, превышает значения 1 на горизонтальных линиях, представляющих утроенную погрешность измерений и средний уровень (фон). На выбранных таким образом,местах бурят скважины и проводят.в них комплекс наблюдений эа гидрогеохимическими предвестниками землетрясений.По характерным изменениям гидрогеохими ческих предвестников судят о готовящемся землетрясении и о времени, ког.- да оно произойдет.Эффективность предлагаемого способа иллюстрируется таблицей, где на примере сопоставления данных по . наблюдательной скважине 7, расположенной в интервале 6 профильной линии 1, с данными по скважине 8, находящейся вне интервала 6 профильной линии 1, показана зависимость конт 287 8растности изменения общей минерализации проб воды и нескольких другихгидрохимических предвестников от величины неприливных изменений силы тяжести. Контрастность изменения каждого из приведенных в таблице гидрохимических предвестников характеризуется среднеквадратическим отклонением их величины в пробах воды из скважин 7 и 8. Среднеквадратическое отклонение вычислено на основании опробования этих скважин в течение года при ненарушенном режиме подземвах вод. Таким образом, повышается эффек. тивность прогноза землетрясений пу тем сокращения обьема бурения эа счет увеличения прогнозной информативности наблюдательных скважин.