Спосіб управління режимом зміщень у фрагментах сейсмоактивних розломів депресійної зони водосховища

Реферат: UA 84977 U UA 84977 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до галузі гідротехнічного будівництва, а саме до способів управління режимом зміщень у фрагментах сейсмоактивних розломів природно-антропогенної системи "депресійна зона водосховища", що спрямовані на зниження надлишкового рівня накопиченої тектонічної енергії надр, внаслідок чого забезпечується запобігання виникненню землетрусу або пом'якшення його можливих наслідків. Відомий спосіб управління режимом зміщень у фрагментах сейсмоактивних розломів депресійної зони водосховища, при якому здійснюють розрядку тектонічних напружень шляхом подразнення обраного фрагменту вибухом, високочастотними мікросейсмами, потужним електричним імпульсом, нагнітанням рідини [1]. Недоліком відомого способу управління режимом зміщень у фрагментах сейсмоактивних розломів депресійної зони водосховища є те, що він носить характер лише теоретично обґрунтованих рекомендацій, не доведених до практичного використання. Найбільш близьким технічним рішенням, вибраним за прототип, є спосіб управління режимом зміщень у фрагментах сейсмоактивних розломів депресійної зони водосховища, при якому здійснюють розрядку тектонічних напружень шляхом подразнення обраного фрагменту ударом або вибухом, високочастотними мікросейсмами, нагнітанням рідини [2]. Недоліком відомого способу управління режимом зміщень у фрагментах сейсмоактивних розломів депресійної зони водосховища, вибраного за прототип, є використання для здійснення розрядки напружень зовнішніх по відношенню до природно-антропогенної системи "депресійна зона водосховища" об'єктів (копер, вибухова речовина, вібраційне обладнання тощо), що потребує додаткових матеріальних та фінансових витрат. В основу корисної моделі поставлено задачу шляхом використання власних ресурсів природно-антропогенної системи "депресійна зона водосховища" забезпечити здійснення розрядки тектонічних напружень. Суть способу управління режимом зміщень у фрагментах сейсмоактивних розломів депресійної зони водосховища полягає в тому, що для здійснення розрядки використовуються власні ресурси природно-антропогенної системи "депресійна зона водосховища" - підпірні і водопропускні гідроспоруди та водосховище. Порівняльний аналіз технічного рішення, яке заявляється, із прототипом, дозволяє зробити висновок, що спосіб управління режимом зміщень у фрагментах сейсмоактивних розломів депресійної зони водосховища, який заявляється, відрізняється тим, що для здійснення розрядки тектонічних напружень використовуються власні ресурси природно-антропогенної системи "депресійна зона водосховища" - підпірні і водопропускні гідроспоруди та водосховище. Спосіб управління режимом зміщень у фрагментах сейсмоактивних розломів депресійної зони водосховища пояснюється за допомогою креслень, де на фіг. 1 показано схему генерування мікросейсмічних хвиль при дії сейшів [3]; на фіг. 2 подана блок-схема виконання технологічних операцій, що становлять суть способу управління режимом зміщень у фрагментах сейсмоактивних розломів депресійної зони водосховища, який заявляється. Спосіб управління режимом зміщень у фрагментах сейсмоактивних розломів депресійної зони водосховища, який заявляється, реалізується наступним чином. Спостережено, що мікросейсми виступають як механізм розрядки напруження земної кори. Зокрема: - високочастотні мікросейсмічні коливання, обумовлені роботою сейсмічних вібраторів, викликають зміщення крил фрагменту сейсмічно активного тектонічного розлому [2] (смуга частот стаціонарних вібраторів v=3600-54000 циклів за годину [4]); - середньочастотні мікросейсмічні коливання, обумовлені розгойдуванням висотної 30метрової споруди, викликали зміщення крил фрагмента сейсмічно активного тектонічного розлому (частота розгойдувань v=900-1200 циклів за годину) [2]; - низькочастотні мікросейсмічні коливання, обумовлені полем приливних напружень і деформацій, суттєво впливають на виникнення землетрусів (частота приливоутворюючих періодів обертання Сонця і Місяця навколо Землі vS ≈ 0,042, vM ≈ 0,081 циклів за годину, відповідно) [5]; - широкосмугові штормові мікросейсми, в яких окремо виділені середньочастотні коливання (v=450-720 циклів за годину [6]), і створені стоячими водяними хвилями, - сейшами S, низькочастотні коливання [3], стимулюють розрядку тектонічного напруження в прибережних зонах відносно невеликими, але частими землетрусами. Як приклади представлено дослідження в районах Тихоокеанського узбережжя Каліфорнії [6], Курильських островів [3, 6], озера Байкал [3]. (Частоти сейшів, спостережених на 9-ти водоймах СРСР (озерах Байкал, Білому, Ладозькому, Онезькому, Чудсько-Псковському (Росія), Севані (Вірменія), Іссик-Кулі (Киргизія), 1 UA 84977 U Балхаші (Казахстан), Аральському морі (Казахстан, Узбекистан)), становлять 0,038-1,364 циклів за годину [7]). Момент досягнення рівня зміщення у фрагменті сейсмоактивного розлому визначається інтегралом сумарного ушкодження [8]: dN (1)  1, Nƒ N 0 де N - кількість циклів дії мікросейсмічної хвилі; Nƒ - кількість циклів до зміщення;  амплітуда деформації. Сейші обумовлюють коливання всього об'єму водної маси водосховища, внаслідок чого в межах депресійної зони виникають мікросейсмічні хвилі (див. фіг. 1). Потужність мікросейсмів сейшевого походження можна оцінити по формулі Хібло-Рокара [9]: Eƒ  5 Nƒ  4 4 2 SHS w W 10 15 , 2 (2)   V  2 g Vg 1  w w  R  g Vg    де  w Vw - акустичний опір води;  w , Vw - густина і швидкість сейсмічних хвиль у воді; g Vg - акустичний опір ґрунту;  g , Vg - густина і швидкість сейсмічних хвиль у ґрунті; HS амплітуда сейшів; S  2vS - кругова частота сейшів; R - коефіцієнт, що характеризує резонансний ефект середовища під дією стискання. Частоти сейшів є індивідуальними параметрами водосховищ [7]. Тому починають технологічний процес, який покладений в основу способу управління режимом зміщень у фрагментах сейсмоактивних розломів депресійної зони водосховища з того, що визначають частоти v S i  1; i мікросейсмів сейшевого походження (див. фіг. 2). i 20   Депресійна зона водосховища піддається дії збуджуючих мікросейсмічних коливань, обумовлених постійно діючим полем приливних напружень і деформацій, а також дії збуджуючих штормових мікросейсмів від сусідніх та віддалених водойм. Тому продовжують технологічний процес тим, що визначають частоти v e j1j ; j   збуджуючих мікросейсмів (див. фіг. 1). Якщо частота збуджуючих мікросейсмів v e близька до частоти мікросейсмів сейшевого j походження v S , тоді спостерігається резонансне збудження мікросейсмічних коливань [10]: i A Si  25 30 35 40 Aej 2 nS i  m2 e , n  1 n , m  1; m , ; (3) l де A S - амплітуда мікросейсмів сейшевого походження; A e j i -амплітуда збуджуючих мікросейсмічних коливань; e  2v e - кругова частота збуджуючих мікросейсмів; n , m коефіцієнти. Зростання потужності мікросейсмів призводить до підсилення поля напружень у фрагментах сейсмоактивних розломів, і обумовлює розрядку напружень. Тому продовжують технологічний процес тим, що здійснюють аналіз резонансних явищ в системі "депресійна зона водосховища" (див. фіг. 1). Параметри сейшів визначаються морфометричними характеристиками водойми: форми Ф, довжини L, ширини W, глибини D. Зміни морфометричних характеристик при будівництві підпірних гідроспоруд (греблі для підняття рівня води перед нею з метою створення водосховища; молу для захисту акваторії порту від хвиль; хвилерізу для захисту берегової лінії або акваторії порту від хвиль, плинів льоду й наносів і т.д.) і варіаціях рівня води при керуванні водопропускними гідроспорудами відображуються змінами частоти коливань a (Ф, L, W, D) [7]. Отже, завершують технологічний процес, який лежить в основі способу управління режимом зміщень у фрагментах сейсмоактивних розломів депресійної зони водосховища, який заявляється, тим, що для резонансного збудження обумовлених дією сейшів мікросейсмічних коливань, за рахунок маніпулювання морфометричними характеристиками, змінюють частоту коливань сейшів, дотримуючись при цьому умови кратного або дробового співвідношень частот коливань сейшів і збуджуючої хвилі. 2 UA 84977 U 5 10 15 20 25 30 35 Підвищення ефективності застосування способу управління режимом зміщень у фрагментах сейсмоактивних розломів депресійної зони водосховища, який заявляється, у порівнянні з прототипом, полягає в тому, що для здійснення розрядки тектонічних напружень використовуються власні ресурси природно-антропогенної системи "депресійна зона водосховища" - підпірні і водопропускні гідроспоруди та водосховище, що дозволяє знизити матеріальні та фінансові витрати. Джерела інформації: 1. Мирзоев К.М. Наведенная сейсмичность и возможности регулируемой разрядки накопленных тектонических напряжений в земной коре / К.М. Мирзоев, А.В. Николаев, А.А. Лукк, С.Л. Юнга // Физика Земли.-2009. - № 10. - с. 49-68 - аналог. 2. Пат. 2273035 Российской Федерации, МПК G 01 V 9/00. Способ управления режимом смещений во фрагментах сейсмоактивных тектонических разломов / Псахье С.Г., Попов В.Л., Шилько Е.В. и др.; заявитель и патентообладатель Ин-т физики прочности и материаловедения СО РАН, Ин-т земной коры СО РАН. - № 2004108514/28; заявл. 22.03.2004.; опубл. 27.03.2006, Бюл. № 9 - прототип. 3. Табулевич В.Н. Влияние штормовых вибраций на землетрясения / В.Н. Табулевич, Е.Н. Черных, В.А. Потапов, Н.Н. Дреннова // Природа.-2002. - № 10. - С. 12-16. 4. Алексеев А.С. Вибрационные источники / А.С. Алексеев, В.Н. Кашун, В.В. Ковалевский, И.С. Чичинин, В.И. Юшин / Активная сейсмология с мощными вибрационными источниками. Новосибирск: ИВМиМГ СО РАН, Филиал "Гео" Изд-а СО РАН, 2004. - С. 9-18. 5. Довбнич М.М. О вибрационном воздействии лунно-солнечных приливов на геодинамические процессы / М.М. Довбнич, В.П. Солдатенко // Доповіді HAH України.-2008. - № 12. - С. 96-100. 6. Науменко Б.Н. О явлении частичной ликвидации тектонических напряжений штормовыми микросейсмами / Б.Н. Науменко // Известия АН СССР. Серия Физика Земли.-1979. - № 8. - С. 72-75. 7. Арсеньева Н.М. Сейши на озерах СССР / Н.М. Арсеньева, Л.К. Давыдов, Л.Н. Дубровина, Н.Г. Конкина. - Л.: изд-во Ленинградского университета, 1963.-184 с. 8. Островский А.А. Возможная причина сезонной периодичности некоторых Калифорнийских землетрясений / А.А. Островский // Доклады АН СССР.-1990. - Т. 313, № 1. - С. 83-86. 9. Потапов В.А. Влияние штормовых микросейсмических колебаний на сейсмичность в районе Курильских островов Тихого океана и на озере Байкал / В.А. Потапов, В.Н. Табулевич, Е.Н. Черных // Геология и геофизика.-1997. - Т. 38, № 8. - С. 1411-1419. 10. Defant A. Physical oceanography / A. Defant. - New York: Pergamon Press, 1961. - Vol. 2.598 p. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 40 45 50 1. Спосіб управління режимом зміщень у фрагментах сейсмоактивних розломів депресійної зони водосховища, при якому здійснюють розрядку тектонічних напружень, який відрізняється тим, що для здійснення розрядки використовуються власні ресурси природно-антропогенної системи "депресійна зона водосховища" - підпірні і водопропускні гідроспоруди та водосховище, в якому для резонансного збудження обумовлених дією сейшів мікросейсмічних коливань, за рахунок маніпулювання морфометричними характеристиками, змінюють частоту коливань сейшів, дотримуючись при цьому умови кратного або дробового співвідношень частот коливань сейшів і збуджуючої хвилі. 2. Спосіб управління режимом зміщень у фрагментах сейсмоактивних розломів депресійної зони водосховища за п. 1, який відрізняється тим, що для уникнення резонансного збудження обумовлених дією сейшів мікросейсмічних коливань, за рахунок маніпулювання морфометричними характеристиками, змінюють частоту коливань сейшів, дотримуючись умови невідповідності кратного або дробового співвідношень частот коливань сейшів і збуджуючої хвилі. 3 UA 84977 U Комп’ютерна верстка Л. Литвиненко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4