Способ прогнозирования землетрясений

 

СПОСОБ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЙ, включающий разбивку профилей вкрест превалирующего простирания тектонических нарушений и разломов земной коры, бурение наблюдательных скважин на этих профипях, контроль измерений гидрогеохимических процессов в скважинах и выявление предвестников землетрясения, отличающийся тем, что, с целью пов1лпения эффективности способа путем сокращения объема бурения за счет увеличения прогнозной информативности наблюдательных скважин , до бурения по каждому профилю выполняют гравиметрическую съемку при не менее чем трех различных ат мосферных давлениях, выделяют неприливные изменения силы тяжести и по превышению ими фоновых значений выбирают места бурения наблюдательных скважин. ,

СО1ОЭ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК ((9) ((I) 4 (51) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ

К AST0fCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Р4 (« ) ав ЮФ Ф

° е ч

«@ V

7 ч

v ч °

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЭОИЧ=ТЕНИЙ И ОТНР1ЫТИЙ (2I) 3607582/24-25 (22) 24.06.83 (46) 23.06.85. Бюл. Ф 23 (72) В.С, Матвеев, Т.А. Судакова и С.П Ипполитова (71),Всесоюзный научно-исследовательский институт гидрогеологии и инженерной геологии (53) 550.83(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР, Ф 499543, кл. С 01 V 9/00, 1974. . 2. Балашов Л.С. и др. Методичес-. кие рекомендации по организации и проведению наблюдений sa режимом подземных вод для прогноза землетрясений. М., ВСЕГИНГЕО, 1980, с.10-17. (54)(57) СПОСОБ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ

ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЙ, включающий разбивку профилей вкрест превалирующего простирания тектонических нарушений и разломов земной коры, бурение наблюдательных скважин на этих профилях, контроль измерений гидрогеохимических процессов в скважинах и выявление предвестников землетрясения, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности способа путем сокращения объема бурения за счет увеличения прогнозной информативности наблюдательных скважин, до бурения по каждому профилю выполняют гравиметрическую съемку при не менее чем трех различных атмосферных давлениях, выделяют иеприливные изменения силы тяжести и по превышению ими фоновых значений выбирают места бурения наблюдательных скважин.

ГЪ

Изобретение 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 измерения

° силы тяжести в наблюдательных сква- 1О хинах С1 7.

Однако 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- zp соб прогнозирования землетрясений, включающий разбивку профилей вкрест превалирующего простирания тектонических нарушений и разломов земной коры, бурение наблюдательных сква- 25 жин.на этих профилях, контроль изме-. нений гидрогеохимических процессов в скважинах и выявление предвестников землетрясения 12 ).

Комплекс наблюдений нацелен на 30 изучение режима подземных вод, т.е.

3 того, как изменяются во времени содержания различных химических элементов и соединений в пробах воды иэ скважин, уРовни подземных вод и дру- 35 гие гидрогеохимические показатели режима, выступающие в данном случае в качестве так называемых гидрогеохи-: мических 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- 45 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 скважины, расположенные на расстоянии несколь- 55 ких десятков метров одна от другой, резко различаются по степени информативности при прогнозировании эем287 2 летрясений, что наиболее наглядно иллюстрирует лишние объемы дорогостоящего бурения.

Цель изобретения — повышение эффективности способа путем сокращения объема бурения sa счет увеличения прогнозной информативности наблюдательных скважин, Поставленная цель достигается тем, что согласно способу прогнозирования землетрясений, включающему разбивку профилей вкрест преволирукщего простирания тектонических нарушений и разломов земной коры, бурение наблюдательных скважин на этих профилях, контроль изменений гидрогеохимических процессов в скважинах и выявление предвестников землетрясения, до бурения по каждому профилю выполняют гравиметрическую съемку при не менее чем трех различных атмосферных давлениях, выделяют неприливные измене.ния силы тяжести и по превьвению нми фоновых значенйй выбирают места бурения наблюдательных скважин.

Физической основой способа является изменение напряженного состояния массива горной породы.

В соответствии с современными представлениями о механизме эамлетрясений, когда величина напряжений превышает предел упругой деформации пород, начинается наиболее интенсивное образование микротрещин, а вслед за этим и дилатансия (т.е. увеличение единичного объема пород ). В образующиеся трещины проникают подземные воды и получают допонительные порции растворенных веществ. Все это изменяет плотностные характеристики среды, обуспавливая появление неприливных изменений силы тяжести, и ведет к изменению режима подземных вод, давая воэможность по наблюдениям за ними получать предвестниковую информацию о готовящемся землетрясении.

С очагом готовящегося землетрясения подземные воды связаны премде 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.

35 з ll63

В активных разрывных структурах, сложенных породами повышенной проницаемости и представляющих собой ослабленные участки земной коры, режим подземных вод наиболее значи- 5 тельно изменяется под влиянием изменяющихся напряжений, отражая процессы в очаге готовящегося землетрясения.

Чтобы при картировании активных l0 разрывных структур не дожидаться, когда они проявят себя неприливными изменениями силы тяжести, обусловленными механизмом готовящегося землетрясения, нужно найти какую-то 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 необходимо 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 0,4Х от среднего атмосферного давления во время первого рейса.При этом условии наблюдаемая величина неприпивных изменений силы тяжести в несколько раэ превышает погрешность измерений, достигаемую при работах с современными гравиметрами (10,0I мГал) т.е. они выделяются уверенно.

По мере совершенствования грави40 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 процессе гравиметрических рейсов не реже, чем через каждые 30 мин. За.это

287 4 время атмосферное давление редко изменяется больше, чем на 5 Па, что мо,жет увеличить погрешность измерений всего на величину около

0,000006 мГал.

Использование атмосферного давления в качестве внешней силы основано на представлении о том, что его изменение также должно отражаться на изменении плотностных характеристик среды, выполняющей активные разрывные структуры, приводя к возникновению неприливных изменений силы тяжести над такими структурами. Среда, выпол" няющая активные разрывные структуры, уже нарушена тектоническим процессом (дробленые, перемятые„ измененные породы). Изменяющее во времени атмосферное давление, дополнительно воздействуя на нарушенную среду, ведет к неоднократной смене и повторяемости деформаций, что усиливает изменение плотности, так как нарушенные породы

„при прочих равных условиях деформируются больше.

Длина профилей, на которых выбираются места для бурения, в зависимости от геологических и других условий может варьировать от нескольких десятков метров до нескольких кипометров, а расстояние между ними от единиц километров до десятков километров, т.е. при реализации предложенного способа гравиметрическими рейсами поочередно могут отрабатываться профипи (или их интервалы) со средней длиной 1 5 — 2 км. Это надо учитывать, оценивая влияние уровня грунтовых вод как возможного мешающего фактора.

Изменение положения уровня грунтовых вод происходит примерно одновременно и одинаково на значительной территории, обычно сожержащей н столь короткие профили, и опорный пункт, по отношению к которому измеряют силу тяжести. При этом условии уровень грунтовых вод выступает в качестве регионального фактора, который иногда может черезвычайно мало (в пределах первых тысячных долей иГал) сказаться на измеряемой силе тяжести как на величине относительной.

Если такое влияние и имеет место, то оно изменяет общий уровень сипы тяжести в том или ином рейсе, что не отражается на конечном результате интерпретации.

1)63287

Из-sa сложного механизма подго" товки землетрясений рассчитать теоретически величину неприливных изменений силы, тяжести, которые будут им обусловлены, трудно. Экспериментальные данные показывают, что она достигает 0,1 - 0,2 мГал, однако зависит от местоположения опорного пункта, по отношению к которому ве«дутся все измерения, выполняемые с помощью относительных приборов-гра" виметров. Таким образом, предложе-ние испольэовать информацию о неприливных изменениях силы тяжести при прогнозировании землетрясений для 15 размещения наблюдательных скважин основано на зависимости контрастности изменения гидрогеохнмических предвестников землетрясений от величины непрнливных изменений силы тяжести.

На чертеже показана схема проведения способа.

На профильной линии 1 показаны пункты 2 измерений, в которых про- 25 ведено не менее трех рейсов гравиметрических измерений. Данные измерений и последующих статистических вычислений нанесены на график в виде кривой 3, характеризующей величину неприливных изменений силы тяжести (величину 6 )вдоль профильной линии 1, и в виде горизонтальных линий 4 и 5, характеризующих утроенную погРешность измеРений и фон для отдельных частей кривой 3. Линии 4 и 5 показывают интервалы 6> — 6> профкпьной линии 1, где неприливные изменения силы тяжести превышают как утроенную погрешность измерений, так <О и фон, перспективные для бурения наблюдательных скважин 7. и неперспективные для этого интерва лы 8, Прогнозирование землетрясений осуществляют следующим образом.

В сейсмически активном районе на участке, где по комплексу геологических, гидрогеологических и других данных предполагается разместить наблюдательные скважины, намечают отдельные профильные линии и пункты измерений на них. При этом профильные линии располагают вкрест превалирующего простирания зон разломов и тектонических нарушений, а рассто" 55 янке между пунктами измерений выби- рают из расчета, чтобы на них можно было 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 0,47 по атмосферному давлению дни проводят не менее трех рейсов гравиметрических измерений, по которым судят о величине неприливных изменений силы тяжести. Силу тяжести измеряют с помощью гравиметра (гравиметров) по отношению к одному опорному пункту, вынесенному за пределы профильных линий и расположенному на площади пород, наименее нарушенных тектоническими нарушениями и зонами разломов, а также не затронутых экзогенными геологическими процессами. Чтобы снизить погрешность измерений и одновременно свести к допустимому минимуму влияние периодических изменений силы тяжести, обусловленных воздействием Луны и Солнца, продолжительность звеньев в каждом рейсе 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 критерием оценки точности аномалии силы тяжести, так как поправки Буге, и нормапьный градиент, влияние рельефа в наблюдаемые значения силы тяжести не вносят. Эти факторы могут привести к ошибке в величине неприливных изменений силы тяжести около 0 0001 мГал, что на два порядка ниже погрешности определения наблюдаемых значений силы тяжести в рейсах, которая в данном случае должна составлять 0,02—

0,025 мГал. После этого определяют величину непреливных изменений силы тяжести в пунктах измерений на профильных линиях и выбирают места расположения 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. Иеста расположения наблюдательных скважин выбирают в пределах интервалов профиля, где величина неприливных изме1163

Среднеквадратическое отклонение величины предвестника в пробах

Воды из скважины

Гидро re охимич е ский предвестник земле трясений

Общая минерализация, г/л й1,313

+4,421

+42,787

fI,О56

+0,767 25,894

СОК, мг/л

Н СО, мг/л

Са, мг/л

- 135,024 т12,966

+94,175 й56,650

Составитель И. Маслов

Редактор P.Öèöèêà Техред.Л.Коцюбняк Корректор В. Бутяга

Заказ 4101/46 . Тираж 748 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, %-35, Раушская наб., д.4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

7 нений силы тяжести, характеризующаяся величиной 6, превышает значения 4 на горизонтальных линиях, представляющих утроенную погрешность измерений и средний уровень .(фон).

На выбранных таким образом,местах бурят скважины и проводят. в них комп I лекс наблюдений эа гидрогеохимическими предвестниками землетрясений.По характерным изменениям гидрогеохими- 1б ческих предвестников судят о готовящемся землетрясении и о времени, ког.да оно произойдет.

Эффективность предлагаемого способа иллюстрируется таблицей, где на примере сопоставления данных no . наблюдательной скважине 7, расположенной в интервале 6 профильной линии 1, с данными по скважине 8, находящейся вне интервала 6 профильной линии 1, показана зависимость конт287 8 растности изменения общей минерали-. зации проб воды и нескольких других гидрохимических предвестников от величины неприливных изменений силы тяжести. Контрастность изменения каждого из приведенных в таблице гидрохимических предвестников характеризуется среднеквадратическим отклонением gx величины в пробах воды из скважин 7 и 8. Среднеквадратическое отклонение вычислено на основании опробования этих скважин в течение года при ненарушенном режиме подземяих вод.

Таким образом, повышается эффек. тивность прогноза землетрясений пу тем сокращения обьема бурения sa счет увеличения прогнозной информативности наблюдательных скважин.