Способ прогноза землетрясения

Изобретение относится К геофизике, конкретно К области исследования процессов,происходящих в земной коре, и может быть использовано для оценки состояния сейсмической активности земной коры и прогноза землетрясений.Известен способ прогноза землетрясения 1, включающий излучение сверхдлинноволновой электромагнитной волны, прием ее после прохождения над районом повь 1 щенной сейсмической активности и прогноз землетрясения по аномальному изменению фазы этой волны (а.с. СССР 1382222, МПК 6 01/ 3/12).Недостатком известного способа является низкая достоверность прогноза и сложность реализации. Для достоверного прогноза необходимо перекрытие сейсмически активных районов трассами с расстояниями между передатчиком и приемником не более 150 км,что с учетом трудной доступности больщинства сейсмоопасных районов не представляется возможным. Кроме того, радионавигационные системы, на базе которых планировалась реализация предлагаемого способа, в настоящее время выведены из эксплуатации.Наиболее близким по совокупности признаков к заявляемому является способ прогноза землетрясения 2, состоящий в излучении и приеме электромагнитной волны, прощедщей над районом предполагаемого землетрясения, суждении о наступлении землетрясения по аномальному изменению разности фаз и частот излученного и принятого сигналов (а.с. СССР 1376766, МПК 6 01/ 3/12).Недостатком известного способа является низкая достоверность прогноза, обусловленная тем, что сложно охватить трассами передатчик-приемник все потенциально опасные в сейсмическом отнощении районы, в частности, из-за гористого рельефа местности.Задачей настоящего изобретения является повыщение достоверности прогноза землетрясения.Поставленная задача рещается тем, что в способе прогноза землетрясения, основанном на излучении и приеме сигнала, суждении о готовящемся землетрясении по изменению параметров этого сигнала при прохождении его над районом повыщенной сейсмической активности, сигнал излучают с источника, находящегося выще Е-слоя ионосферы и движущегося по известной околоземной орбите, принимают его в точке земной поверхности с известными координатами, определяют дальность между источником и точкой приема путем измерения времени прохождения сигнала между ними, сравнивают ее с известной дальностью, определяют величину ощибки определения дальности и при превыщении этой величиной эталонного значения прогнозируют наступление землетрясения.Задача рещается также тем, что фиксируют трассу распространения сигнала с ощибкой определения дальности больще эталонного значения, выделяют точку этой трассы,находящуюся на высоте 100 км над земной поверхностью, проецируют эту точку на земную поверхность и точку проекции принимают за точку эпицентрального района прогнозируемого землетрясения, а в качестве сигнала используют сигнал спутниковой радионавигационной системы.Это приводит к повыщению достоверности прогноза в 34 раза.На фиг. 1 представлена эквивалентная схема модели ионосферы, описывающей явления, происходящие в ней при подготовке землетрясения.На фиг. 2 и фиг. 3 показана схема практической реализации способа.10 - продольный размер сейсмически активного района, соответствующий размеру участка возбужденной ионосферыа - Поперечный размер участка сейсмически активного района (а 10)11 - расстояние от поверхности Земли до нижнего проводящего слоя ионосферыЬ - толщина слоя возмущенной ионосферыКд - активное сопротивление участка ионосферы с размерами а, Ь, 10Кг - активное сопротивление участка грунта (активной зоны земной поверхности)Ьэ - эффективная индуктивность контура с размерами 11, 10, аСо - емкость локальных участков Земля - ионосфера с размерами 10/2, 111 - источник сигнала на орбите, например спутник глобальной спутниковой радионавигационной системы ГЛОНАСС4 - станция приема сигналов и определения ошибки измерения дальности, например Станция выработки дифференциальных поправок и мониторинга радионавигационных полей разработки РНИИ КП г. Москва, производимая на заводе Измеритель в г. Новополоцке8 - точка на земной поверхности, где расположена станция приема сигналов, точнее фазовый центр ее антенны9 - точка трассы распространения сигнала на высоте 100 кмБлоки 5, 6 и 7 могут быть реализованы программно на базе станции 4.Сущность способа заключается в следующем. Над участком готовящегося землетрясения возникает участок возмущенной ионосферы с повышенной, по сравнению с соседними участками, концентрацией носителей заряда. Время прохождении сигнала через этот участок, например радионавигационного сигнала спутниковой радионавигационной системы, зависит от степени возмущения ионосферы, т.е. от концентрации этих носителей. Так как каждый спутник радионавигационной системы движется по заранее известной орбите и координаты точки приема сигнала известны, то в любой момент времени известно расстояние между спутником и точкой приема. Измеряя это же расстояние путем измерения времени прохождения сигнала от спутника до точки приема, определяют измеренную дальность, так называемую псевдодальность. Разность измеренной и известной дальностей представляет ошибку измерения, так называемую дифференциальную погрешность,величина которой в значительной степени зависит от состояния ионосферы, а значит, может быть использована для прогноза землетрясения.Количественная оценка параметров способа может быть проведена путем сравнения концентрации носителей заряда в ионосфере накануне землетрясения и в обычном состоянии. Для этого рассматривается модель ионосферы, основные положения которой состоят в следующем.Известно З, что на поверхности Земли в процессе подготовки землетрясения формируются две области пульсирующих зарядов противоположного знака. Они образуют колебательный контур, модель и эквивалентная схема которого показаны на фиг. 1.Емкость такого контура равнаСо 80108/(411), (1) где 80 - электрическая постоянная вакуума. Эффективную индуктивность этого контура определяют как 1.9 Цо 111 о/а,ГДС 11,0 - магнитная постоянная вакуума. Резонансная ЧЗСТОТЗ контура ОПрСДСЛЯСТСЯ ВЫРЗЖСНИСМЕОчевидно 4, что параметры контура являются следствием параметров моделей ионосферы И грунта, которые сводятся К следующим величинамвысота возбуждаемого слоя ионосферы 11 100 км. Численное значение этого параметра объясняется тем, что при любых размерах источника наведенный в плазме заряд, как и в любом проводнике, располагается на поверхности, т.е. на границе проводящего слоя.концентрация свободных электронов на высоте 100 км принята равной Не 10 Юм 3,равновесная температура электронов и ионов - Т 0,1 эВ (Т 1000 К), частота столкновения электронов Ге 3 104, равновесная скорость электронов Ут 105 м/с, длина свободного пробега электронов Же Ут/Ге 3 м.концентрация молекул азота на высоте 100 км составляет Не 1019 м 3, а молекул кислорода - Не 3 1018 м 3, т.е. эти величины соизмеримы. Но так как потенциал ионизации кислорода меньше, то будем считать ионосферу кислородной с потенциалом ионизации 12,2 эВ. Активное сопротивление части контура в земной коре при удельной электропроводности грунта 5 103 См/м и глубине залегания очага 10 км составит Кг 0,1 Ом.Поэтому при разделении зарядов в плоскости магнитного меридиана сопротивлением ионосферы можно пренебречь, а длительность колебаний оценить по следующей формулеОценку величины толщины возбужденного слоя Ь вычисляют по величине коэффициента затухания колебаний горизонтального электрического поля частоты Го в ионосфере. Этот коэффициент, согласно 4, равен8 - относительная диэлектрическая проницаемость средыВеличина 9 для циклической частоты (до равнаоэе 2 тсГе - циклическая частота столкновений электронов.Так как критическая частота для возбуждаемого слоя ионосферы равнаГлубина ПрОНИКНОВСНИЯ горизонтального ЭЛСКТрИЧССКОГО ПОЛЯ В ИОНОСфСру равнаЬ 1/13 и для характерной частоты щ, 6280 с 1, соответствующей рассматриваемой модели, составляет несколько метров. Этот результат следует уточнить, учитывая, что дляобразования ПОВСрХНОСТНОГО заряда С ПЛОТНОСТЬЮ С НСОбХОДИМО, ЧТОбЫ ВЫПОЛНЯЛОСЬ УСЛОВИ 62где (111 - приращение высоты столба 11 ионосферы. Считая, что Не сопзг, определим Ь б/(еЫе),что для Минимальных (в процессе развития землетрясения) значений б 108107 кл/м 2 составляет десятки метров. В связи с этим в модели принимаем Ь 100 м. Амплитуда силы тока, текущего через контур, определяется выражением 1,1, (1010 УдеЫеаЬ, (12) где Уд - скорость дрейфа электроновСчитая а 10 и подставляя в (13) данные модели, определим, что Уд 107 м/с. Очевидно, ЧТО дрейфовая скорость электронов значительно превышает равновесную. Соответственно возрастает частота столкновения электроновг, уд/ж 3 10651. (14) На основании рассчитанных данных определяют амплитуду напряженности горизонтального электрического поля по формуле 3 Е шеГд/д/е 170 В/м. Среднее значение напряженности поля за половину периода колебаний составит Ее 2 Е/тс 108 В/м.Энергия, которую приобретает электрон на пути свободного пробега, Д, ЕСЖ нахо ДИТСЯ ВбЛИЗИ максимума ССЧСНИЯ ионизации МОЛСКУЛ ЭЛСКТрОННЫМ ударом, КОТОрОС, СО гласно 5, равно 5 1020 м 2.Скорость возрастания концентрации электронов определяем по формуле бЫе/Щ ЗЫеЫОУД. (15)Подстановка в ( 15) числовых данных модели дает дне/ш 102 101 3 1018107 3 1015 м 3 с 1.За время то (5) концентрация электронов достигает возмущенного значения мы маме/а 7,5 10. (16)В случае, если разделение зарядов происходит в направлении, перпендикулярном плоскости магнитного меридиана, процесс возмущения ионосферы изменяется. При этом электроны, разгоняемые электрическим полем, движутся по замкнутой траектории в плоскости, перпендикулярной плоскости магнитного меридиана. Поскольку ортогональную составляющую индукции магнитного поля можно считать равной В 104 Тл, то радиус кривизны траектории при равновесной скорости Ут равенТаким образом, Не М. Следовательно, электроны не могут принимать участие в горизонтальном дрейфовом движении.В связи с этим сопротивление ионосферы существенно увеличивается, а напряженность поля достигает максимального значенияРадиус кривизны траекторий ионов существенно больше длины свободного пробега К 1 70. Поэтому искривлением траекторий иона на длине свободного пробега можно пренебречь.