Проект "Двухэтажная Россия"

К разделу Качество жизни

К ПРОБЛЕМЕ ПОВЫШЕНИЯ ДОСТОВЕРНОСТИ КРАТКОСРОЧНОГО ПРОГНОЗА ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЯ

"Считаю необходимым и целесообразным
создать в России национальный центр управления
в кризисных ситуациях. Решения о создании
подобных центрах уже приняты
в пяти европейских странах”

Шойгу С.К.

Проблема достоверного прогноза является сверхсложной и столь же ответственной задачей, поэтому очень мало серьезных наработок в этой области. Однако, после каждого землетрясения с трагическими последствиями, в средствах массовой информации появляется множество публикаций с советами, как следует прогнозировать землетрясения по планетам солнечной системы, Солнцу, по звездам и наблюдениям за Землей из космоса, с обязательными претензиями к компетенции отечественных специалистов в области сейсмологии и институтов Российской АН. При этом никто не придает значения тому факту, что работы в области прогноза сейсмических возмущений практически не финансируются, а главные предвестники землетрясений находятся в недрах Земли, на ее поверхности или в приземном слое атмосферы, в ее электрическом и магнитном поле над зоной подготовки землетрясения, но только не в космосе.

Главным прибором всех сейсмических станций является сейсмограф, который регистрирует только факт происшедшего события землетрясения и чрезвычайно редко его предвестники. Этот вид прибора кроме регистрации сейсмического возмущения позволяет оценить и его силу. По этой причине поиск новых методов и средств оправданного краткосрочного прогноза землетрясений остается актуальным для всех стран, находящихся в сейсмически активных регионах.

Например, 2000 год оставил о себе много тяжелых воспоминаний и, в частности, о многочисленных жертвах землетрясений, которые буквально потрясли многие районы Земли. Этот вид стихийного бедствия не обошел стороной и южные районы Российской Федерации Дагестан и Краснодарский край (г. Сочи). 20 февраля 2000 года в п. Дагомыс произошло землетрясение силой в 5 баллов. Его очаг был на глубине 10 км , но землетрясение ощущалось по всему Сочи.

В марте апреле 2000 г. наблюдалось 84 толчка, 14 из которых были силой 3-4 балла. Очаги первых, наиболее сильных толчков находились на побережье, а остальные ощутимые проходили по руслу реки Восточный Дагомыс в сторону горных массивов. 30 октября того же года в Дагомысе было зарегистрировано землетрясение силой 5 баллов. Многие жители п. Дагомыс перед землетрясением ощущали беспокоящий шум исходящий из под земли, указывающий, предположительно, на начало процесса трещинообразавания или сдвига скальных пород в зоне назревающего землетрясения. В эти периоды нередко наблюдаются выбросы из недр земли (из образующихся вертикальных трещин и разломов) паров воды и газов, в Сочинском районе просачивание на поверхность земли газов, содержащих сероводород.

С 1980 года в сейсмологии стали применять методы, так называемой геофизической электроразведки, с целью повышения достоверности совокупного оправданного прогноза. Эти методы дают предпосылки к регистрации сигналов, обусловленных процессами подготовки землетрясения. Сущность этого метода заключается в непрерывном измерении электрического потенциала между двумя разнесенными на 5 - 10 км и вмонтированными в грунт электродами в сейсмически неустойчивых районах. Резкие изменения электрического потенциала предполагалось использовать в качестве предвестников землетрясений.

Методы геофизической электроразведки пытались использовать специалисты сейсмологи Института физики Земли РАН, ученые Греции ( Афинского университета), Турции и других стран. Однако результаты сейсмического мониторинга с помощью используемой приборной базы позволили незначительно продвинуться в направлении повышения достоверности оправданного краткосрочного прогноза землетрясения, но подсказали пути к дальнейшему совершенствованию приборной базы и методики прогнозирования. Как выяснилось, методы давали результаты, сильно зависящие от метеофакторов, которые существенно искажали реальную информацию о предполагаемых электрических предвестниках землетрясения, за счет вариаций влажности грунта, контактной разницы потенциала и переходного сопротивления в точках установки электродов.

В настоящее время существование электрических предвестников признано многими специалистами, как реальное явление, сопутствующее процессу подготовки землетрясения, как, например, пьезоэлектрический эффект сопутствует механическому воздействию на многие виды кристаллических пород и минералов. В связи с этим, была проведена работа по созданию новых видов средств регистрации электрических сигналов, обусловленных геофизическими проявлениями как в атмосфере Земли, так и в ее недрах, обусловленных процессами подготовки землетрясения. Последние называют механоэлектрическими проявлениями, возникающими за счет гигантских механических воздействий на различные виды глубинных пород, генерирующих электрические сигналы близкие по своей природе к сигналам возникающими при пьезоэффекте, но имеющие свои специфические особенности.

По оценке специалистов ИФЗ РАН, величина флуктуаций электрического поля за счет механоэлектрических процессов может достигать величины 2 - 20 В/м , достаточной для регистрации их высокочувствительными приборами. Очевидно, что амплитуда регистрируемых сигналов зависит как от расстояния до очага подготовки землетрясения, так и от глубины его залегания.

Для достижения возможности регистрации механоэлектрических сигналов были разработаны датчики, в которых в качестве чувствительного элемента были использованы специфические параметры некоторых видов полупроводниковых структур (на базе разработок Ж. Алферова) при воздействии на них слабых колебаний электрических полей.

На базе этих структур стало возможным создание принципиально нового вида сейсмических датчиков для краткосрочного прогноза землетрясений.

Для повышения достоверности прогноза землетрясения в станции должно работать одновременно два канала (из множества имеющихся):
один для регистрации сигналов в диапазоне низких частот;
второй – для регистрации сигналов в диапазоне высоких частот (импульсных флуктуаций электрических полей, обусловленных процессами трещинообразования и микросдвигами в горных породах на завершающем этапе подготовки землетрясения).

Одновременная регистрация двух видов сигналов дает, предположительно, информацию о приближении момента возникновения сейсмического возмущении, т.е. краткосрочный прогноз назревающего землетрясения.

Лабораторные испытания датчиков в условиях имитации процессов, сопутствующих процессу назревания землетрясения (трещинообразования в скальных породах), т.е. при плавно нарастающем давлении на образец твердой породы, подтвердили возможность регистрации с их помощью сигналов, обусловленных механоэлектрическими процессами в реальных условиях, без проводящего контакта воспринимающего электрода с объектом исследования (мониторинга).

Датчики, в совокупности с приемами параметрического преобразования позволили получить чувствительность в диапазоне частот 0,01 - 1000Гц порядка 0.01 - 0,05 В/м ( при чувствительности аналогичных устройств12 В/м), а при регистрации квазистатических электрических полей 1 - 5 В/м.

Воспринимающие электроды не требуют проводящего контакта с источником исследуемого сигнала ( грунтом ), один устанавливается в скважине глубиной 5 - 10 м ( для регистрации импульсных флуктуаций электрического поля), другой (для регистрации электростатического поля) над поверхностью Земли и обязательно вдали от источников индустриальных помех.

Известно, что черноморское побережье Кавказа расположено на массивах с высокой концентрацией сероводорода, выбросы которого часто сопутствуют процессу подготовки землетрясений. В связи с этим становится очевидно, что в качестве еще одного прибора для регистрации предвестников землетрясений (в этом регионе) следует использовать и высокочувствительный прибор – регистратор появления в воздухе примесей сероводорода (на который, кстати, очень активно реагируют некоторые домашние животные).

Дополнение приборного парка действующих, например, на Черноморском побережье Кавказа, сейсмических станций тремя видами принципиально новых приборов: 2х с датчиками для регистрации флуктуации локальных электрических полей и одного для регистрации выброса сероводорода – дает реальные предпосылки к повышению достоверности совокупного оправданного краткосрочного прогноза землетрясения в районах непрерывного сейсмического мониторинга на Черноморском побережье Кавказа (единственной субтропической зоне РФ).

Для других районов сейсмического мониторинга, в которых могут быть выбросы иных газов, в газоанализаторе следует использовать иной вид сорбента.

Это чрезвычайно дешевые, простые и надежные устройства (как некогда сейсмографы графа Галицина, созданные им в начале 20 – го века).

Разработанные датчики позволяют:

Полезно дополнить известные средства и методы краткосрочного прогноза землетрясений с целью повышения достоверности совокупного оправданного прогноза.

Создать принципиально новый вид сейсмических станций.

По общеизвестным сведениям оценки ущерба от внезапности землетрясения, он составляет в среднем порядка 50 млн. долларов (1,5 миллиарда рублей). Предполагаемый резерв времени в 1040 часов до начала землетрясения позволяет подразделениям МЧС и ГО заблаговременно принять меры, которые могут уменьшить ущерб на 10 - 12%, т.е. на 5 - 6 миллионов долларов(или на 150 миллионов рублей), что, приблизительно, в 1000 раз больше расходов на изготовление одного комплекта датчиков нового поколения (два для регистрации электрических сигналов сопутствующих процессам подготовки землетрясений и датчика регистратора выброса сероводорода, т.е. порядка 150 - 200 тыс. руб ).

Кроме этого станция должна быть оснащена компьютерной системой обработки и анализа регистрируемых сигналов, в которую можно вводитьи данные с традиционных сейсмических датчиков, регистрирующих механические колебания поверхности Земли. Это уже применяется.

Словом, следует только дополнить действующие сейсмические станции минимум двумя приборами, содержащими датчики для регистрации электрических сигналов – «предвестников» и датчика для регистрации выбросов сероводорода (для Кавказа).

Таким образом, целесообразность возобновления и развития работ в области оправданного краткосрочного прогноза землетрясений с использованием нового вида высокочувствительных датчиков к механоэлектрическим сигналам очевидна.

Изготовление предлагаемых вниманию новых видов приборов следует проводить на предприятиях ВПК совместно со специалистами сейсмологами ЦОМЭ (г. Обнинск), ИФЗ и МЧС РФ на этапах отработки методики применения и ввода их в эксплуатацию на действующих сейсмических станциях, например, Черноморского побережья Кавказа и, далее, на сейсмических станциях других регионов РФ.

Применение на станциях сейсмического мониторинга одновременно трех комплектов описанных здесь датчиков позволяет определять координаты области подготовки землетрясения по известным методикам.

Дополнительные области применения разработанных приборов:

1. Приборы для регистрации параметров локальных электрических полей позволяют обнаруживать моменты, предшествующие началу схода снежных лавин, которые обусловлены процессами трещинообразований в снежных массивах. В начальных стадиях этого процесса происходит рекомбинация накопленного на поверхности массива электрического заряда, создающего в окружающем пространстве флуктуации напряженности поля величиной до 1000 В/м, которые регистрировались макетом прибора, содержащего датчик. Апробировано в 1996 году в высокогорных районах Кавказа.

2. Эти же приборы позволяют решить проблему грозового предупреждения (грозовых образований с опасными электрическими процессами в атмосфере)за счет возможности регистрации специфических параметров атмосферного электричества на суше и на море. Обнаружение грозовых образований и последующее прослеживание их приближений или удалений возможно с расстояний 10 - 20 км. Апробировано при анализе активности атмосферного электричества на Черноморском побережье Кавказа (одноканальный вариант).

3. Использование приборов в полярных исследованиях позволило обнаружить шумоподобные флуктуации электрического поля Земли, предшествующие началу крупномасштабных геомагнитных возмущений ( за 20 - 90 минут до их возникновения) и импульсные изменения напряженности геоэлектрического поля у поверхности земли, синхронные со всплесками полярных сияний, над точкой наблюдения (г. Апатиты, Полярный геофизический институт КФАН), т.е. с моментами вторжения в верхние полярные слои атмосферы, на высоте 80 – 120 км, потоков заряженных частиц, которые передают ионосфере Земли гигантский электрический заряд и далее нижним слоям атмосферы. Эти процессы, приводящие к рекомбинации электрических зарядов в атмосфере, регистрируются приборами (содержащими датчик) у поверхности Земли.

4. В режиме максимальной чувствительности, прибор для регистрации флуктуаций электрического поля позволяет снимать параметры электрокардиограммы через одежду пациента, путем накладывания плоского электрода (диаметром 4 - 5 см) на сердечную область грудной клетки. В связи с этим, был изготовлен малогабаритный прибор для снятия параметров ЭКГ без проводящего контакта воспринимающего электрода с телом пациента, который, по оценке специалистов, может быть весьма полезным в космической кардиологии, в ожоговой медицине и в медицине катастроф для экспресс диагностики сердечнососудистой системы человека. Апробирован в Сочинском НИИ курортологии и физиотерапии под наблюдением профессора, доктора медицинских наук Н.А. Гаврикова и в медицинских учреждениях МО. Приборы дают реальные предпосылки к повышению эффективности сейсмической электроразведки залежей кварцсодержащих пород, которым сопутствуют месторождения драгоценных и редкоземельных металлов. Приборы различного назначения отличаются друг от друга функциональной схемой, конструкцией и исполнением воспринимающих электродов и их ориентацией в пространстве относительно источника исследуемого (регистрируемого) сигнала.

1. Г.А. Соболев, В.Н. Демин. Механоэлектрические явления в Земле. "Наука", М.1980.
2. В.В. Малов. Пьезорезонансные датчики. "Энергия". М. 1992.
3. Авторские свидетельства на изобретения автора по данной проблеме. Автор не исключает, что предложенный вниманию материал может оказаться не востребованным, как многое другое и более важное.

Михаил Галонов. geophys@nm.ru

Ваша оценка: 12345678910

Текущий рейтинг: 20

Обсуждение:

Высказаться: