RU2109311C1

RU2109311C1 - Method of search for heralds of earthquakes

Info

Publication number: RU2109311C1
Application number: RU96101093A
Authority: RU
Inventors: Э.А. Алиев; Д.А. Магомедов
Original assignee: Государственное научно-производственное предприятие "Аура-Алиф"
Priority date: 1996-01-10
Filing date: 1996-01-10
Publication date: 1998-04-20

Abstract

FIELD: geophysics. SUBSTANCE: method consists in assessment of influence of anomalies of electromagnetic fields foregoing earthquakes on propagation of electromagnetic waves in semiconductor sample of n type positioned in seismic fracture. EFFECT: improved authenticity of method. 1 dwg

Description

Изобретение относится к области радиоэлектроники и преимущественно может быть использовано в сейсмологии при прогнозе землетрясений. The invention relates to the field of electronics and can mainly be used in seismology in the prediction of earthquakes.

Известны [1] способы поиска электромагнитных предвестников землетрясений, один из которых осуществляется путем вертикального зондирования ионосферы, а другой - используя методы пассивной радиолокации. Первый из этих способов основан на измерении результата импульсного джоулевого нагрева E_s-слоя ионосферы и эффективен при прогнозе достаточно сильных землетрясений. Второй служит для обнаружения электромагнитных аномалий сейсмической природы в земной коре (т.е. в ее приповерхностном слое, так как электромагнитные волны вглубь Земли распространяются с огромным затуханием).Known [1] are methods of searching for electromagnetic precursors of earthquakes, one of which is carried out by vertical sounding of the ionosphere, and the other using passive radar methods. The first of these methods is based on measuring the result of pulsed Joule heating of the E _s ionosphere layer and is effective in predicting sufficiently strong earthquakes. The second serves to detect electromagnetic anomalies of seismic nature in the earth's crust (i.e., in its near-surface layer, since electromagnetic waves propagate deep into the Earth with enormous attenuation).

Известен [1] также наиболее информативный способ поиска электромагнитных предвестников землетрясений, основанный на наклонном и горизонтальном радиопросвечиваниях волновода Земля-ионосфера сверхдлинными волнами (СДВ). В этом случае состояние нижней ионосферы и атмосферы на трассе передатчик - приемник анализируется по изменениям фазы и амплитуды сигналов СДВ, вызванным возмущениями концентраций заряженных частиц на трассе распространения радиоволн в результате повышения сейсмической активности в исследуемом регионе. Known [1] is also the most informative way of searching for electromagnetic precursors of earthquakes, based on oblique and horizontal radio transmissions of the Earth-ionosphere waveguide by extra-long waves (SDW). In this case, the state of the lower ionosphere and atmosphere on the transmitter-receiver path is analyzed by changes in the phase and amplitude of the ADD signals caused by disturbances in the concentration of charged particles on the propagation path of radio waves as a result of increased seismic activity in the studied region.

Однако известным способам присущи следующие недостатки:
как ионосфера, так и волновод Земля-ионосфера находятся под постоянным влиянием электромагнитных аномалий несейсмической (космической) природы, они подвержены изменениям гелио- и геомагнитной обстановки, климатических условий, вследствие которых снижается достоверность прогноза землетрясений;
отсутствие при необходимости возможности управления поиска (т.е. процессом распространения электромагнитных волн - ЭМВ) в волноводе из-за огромной скорости их распространения, а также протяженности трассы);
сравнительная сложность и дороговизна практической реализации этих способов.However, the known methods have the following disadvantages:
both the ionosphere and the Earth-ionosphere waveguide are under constant influence of electromagnetic anomalies of non-seismic (space) nature, they are subject to changes in the heliomagnetic and geomagnetic conditions, climatic conditions, as a result of which the reliability of the earthquake prediction decreases;
the absence, if necessary, of the ability to control the search (i.e., the process of propagation of electromagnetic waves - EMW) in the waveguide due to the enormous speed of their propagation, as well as the length of the path);
the comparative complexity and high cost of the practical implementation of these methods.

Цель изобретения - повышение достоверности прогноза землетрясений, обеспечение возможности управления процессом поиска электромагнитных предвестников (ЭМП) землетрясений, упрощение аппаратуры, а также снижение ее себестоимости. The purpose of the invention is to increase the reliability of earthquake prediction, providing the ability to control the process of searching for electromagnetic precursors (EMF) of earthquakes, simplifying the equipment, as well as reducing its cost.

Поставленная цель достигается путем применения вместо волновода Земля-ионосфера однородных полупроводниковых образцов n-типа, помещаемых в наиболее сейсмоопасные зоны сейсморазломов контролируемой трассы и свойств распространения ЭМВ в этих образцах. This goal is achieved by using instead of the Earth-ionosphere waveguide homogeneous n-type semiconductor samples placed in the most seismically dangerous zones of seismic faults of the monitored path and EMF propagation properties in these samples.

Известно [2], что в полупроводниках с примесью образуется плазма, плотность которой определяется концентрацией в них электронов или дырок (в зависимости от типа полупроводника). В отличие от газовой плазмы, существующей только при температурах в сотни и тысячи градусов Цельсия, плазма в полупроводниках может образоваться даже при температуре абсолютного нуля. Однако свойства полупроводниковой плазмы во многом похожи на свойства газовой и она обладает откликом на внешние электромагнитные воздействия;
непрозрачная (непроницаемая за счет высокой электропроводности) для ЭМВ полупроводниковая плазма, будучи помещенной в магнитное поле, становится для них прозрачной, т.е. магнитное поле сильно снижает экранирующую способность плазмы и в полупроводниковом образце вдоль направления поля могут распространятся слабозатухающие ЭМВ, получившие название геликонов, т.е. магнитное поле в полупроводниковой плазме создает своеобразный канал, по которому распространяются геликоны;
меняя ориентацию магнитного поля, можно изменять направление распространения геликоновой волны;
скорость распространения, а также затухания геликона зависит не только от концентрации носителей заряда в полупроводнике, но и от напряженности магнитного поля;
скорость геликонов на несколько порядков меньше скорости распространения ЭМВ в вакууме.It is known [2] that plasma is formed in semiconductors with an impurity, the density of which is determined by the concentration of electrons or holes in them (depending on the type of semiconductor). Unlike gas plasma, which exists only at temperatures of hundreds and thousands of degrees Celsius, plasma in semiconductors can form even at absolute zero temperature. However, the properties of a semiconductor plasma are in many respects similar to the properties of a gas plasma and it has a response to external electromagnetic influences;
opaque (impermeable due to high electrical conductivity) for EMW semiconductor plasma, being placed in a magnetic field, becomes transparent for them, i.e. the magnetic field greatly reduces the screening ability of the plasma and weakly damped electromagnetic waves, called helicons, can propagate along the field direction in the semiconductor sample a magnetic field in a semiconductor plasma creates a kind of channel through which helicons propagate;
changing the orientation of the magnetic field, you can change the direction of propagation of the helicon wave;
the propagation velocity, as well as helicon attenuation, depends not only on the concentration of charge carriers in the semiconductor, but also on the magnetic field strength;
the helicon velocity is several orders of magnitude lower than the EMW propagation velocity in vacuum.

Сущность предлагаемого способа иллюстрирует схема, приведенная на чертеже. Она содержит генератор СВЧ-волн (ГСВЧ), усилитель-разветвитель (УР), эталонный (ЭППО) и рабочий (РППО) полупроводниковые образцы, устройство сравнения (УС) и функционирует следующим образом. The essence of the proposed method is illustrated by the diagram shown in the drawing. It contains a microwave generator (UHF), an amplifier-splitter (UR), a reference (EPPO) and a working (RPPO) semiconductor samples, a comparison device (US) and operates as follows.

СВЧ-волны от генератора ГСВЧ через УР равномерно распределяются как в первый, так и во второй каналы, содержащие два одинаковых образца из полупроводникового материала. Верхний на чертеже образец (ЭППО) является эталонным и полностью экранирован от воздействия полей естественной и сейсмической природы. Нижний образец - это рабочий образец, располагаемый вблизи сейсморазлома (желательно в глубине его). Он защищен от воздействия полей несейсмической природы полусферическим экраном со стороны из возможного появления. Microwave waves from the HFM generator through the SD are uniformly distributed in both the first and second channels containing two identical samples of semiconductor material. The upper sample in the drawing (EPPO) is a reference one and is completely shielded from the effects of natural and seismic fields. The lower sample is a working sample located near the seismic fracture (preferably deep in it). It is protected from the influence of fields of non-seismic nature by a hemispherical screen from the side of a possible occurrence.

В этих образцах предварительно созданы два идентичных канала для распространения в них геликонов. С этой целью образцы могут быть помещены в искусственно создаваемые статические магнитные (подмагничивающиеся) поля напряженностью H₀, величину которой при необходимости можно регулировать. Этой регулировкой можно достичь идентичности геликонов в обоих каналах и при необходимости управлять распространением в них ЭМВ, а также установить необходимую чувствительность устройства для поиска ЭМП землетрясений. Следовательно, в отсутствие действия полей сейсмической природы на вход УС поступают идентичные сигналы и отклик на его выходе отсутствует.In these samples, two identical channels were preliminarily created for the propagation of helicons in them. For this purpose, the samples can be placed in artificially created static magnetic (magnetizable) fields of intensity H ₀ , the value of which can be adjusted if necessary. With this adjustment, it is possible to achieve the identity of helicons in both channels and, if necessary, control the propagation of electromagnetic waves in them, as well as establish the necessary sensitivity of the device to search for electromagnetic fields of earthquakes. Therefore, in the absence of the action of fields of seismic nature, identical signals arrive at the input of the DC and there is no response at its output.

Появление магнитных полей сейсмической природы и их вариации приводят к изменению как направления распространения геликонов в рабочем образце, так и к изменению их скоростей, что, в свою очередь, приводит к нарушению идентичности волн в обоих каналах. В результате на выходе устройства сравнения появляется сигнал, который после соответствующей обработки может служить для оповещения сейсмоопасности. The appearance of seismic magnetic fields and their variations lead to a change both in the direction of propagation of helicons in the working sample and in a change in their velocities, which, in turn, leads to a violation of the identity of the waves in both channels. As a result, a signal appears at the output of the comparison device, which after appropriate processing can serve to alert the seismic hazard.

В [1] приведены устройства для реализации известных способов поиска электромагнитных предвестников землетрясений. Сравнение их с предлагаемым способом реализации позволяет заключить о его технико-экономических преимуществах:
предлагаемый способ отличается простотой реализации и дешевизной;
информативные параметры в предлагаемом способе слабо подвержены влиянию возмущений электромагнитных полей несейсмической природы. Это приводит к повышению достоверности прогноза;
за счет локализации измерений можно сравнительно проще определить место ожидаемой сейсмической активности;
используемый в рассматриваемом случае метод сравнения результатов распространения ЭМВ в рабочих и эталонных образцах считается наиболее оптимальным в теории и технике измерений и позволяет улучшить показатель качества реализуемого устройства.In [1], devices for implementing known methods for searching for electromagnetic earthquake precursors are described. Comparing them with the proposed implementation method allows us to conclude about its technical and economic advantages:
the proposed method is simple to implement and low cost;
informative parameters in the proposed method are slightly affected by perturbations of electromagnetic fields of non-seismic nature. This leads to an increase in the reliability of the forecast;
due to the localization of measurements, it is relatively easier to determine the place of expected seismic activity;
the method used in the present case for comparing the results of EMW propagation in working and reference samples is considered the most optimal in the theory and technique of measurements and can improve the quality indicator of the implemented device.

Claims

A method of searching for electromagnetic precursors of earthquakes, which consists in assessing the influence of anomalies of electromagnetic fields preceding the destructive stage of an earthquake on the propagation of electromagnetic waves in a medium, characterized in that a semiconductor plasma in one of two n-type samples is used, one of which is reference and shielded from the effects of electromagnetic fields of any nature, and the other - a worker, placed deep in the seismic fracture and protected from the effects of fields nature of the hemispherical screen, the propagation velocity and the attenuation degree of the measuring electromagnetic waves-helicons in which depends on the magnetic field strength of the seismic nature, and a warning signal about the seismic hazard is generated at the output of the comparison device as a result of the identity violation of the measuring electromagnetic waves supplied under the same conditions to the inputs of these two semiconductor samples.