CN105759307A - 一种基于地声检测方法的大地震孕育过程及临震监测探头 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于地声检测方法的大地震孕育过程及临震监测探头。采用将传感器模块与钻头紧密相连，利用现有技术条件，在无需另行开发特殊钻探设备的情况下，经过多次钻探，将探头安装至地下100m-150m的基岩或密实土壤，并保证探头可与基岩或密实土壤，使得大地震孕育过程中及临震前的地声信号可完整、清晰地被探头接收。提高了探头在地震断裂带的可安装性，使得探头可低成本地、可靠地、布局于地震断裂带，为大规模密集地观测大地震的孕育过程和临震前地下完整的地声信息提供了可行的条件。

Description

一种基于地声检测方法的大地震孕育过程及临震监测探头

技术领域

本发明专利涉及大地震监测仪器和传感器结构设计领域，具体涉及一种基于地声检测方法的大地震孕育过程及临震监测探头。

背景技术

大地震前常有微震和极微震发生,这是人们普遍接受的事实,并且对这种微震和极微震的产生机制在理论上和实验上进行了广泛研究。这种过程伴有局部地壳地声噪音的变化,其频率范围较宽,由几赫兹到几千赫兹。因此检测地震断裂带的基岩岩石破裂时的声发射己成为监测地壳活动并用于地震短期预测的一种基本方法。这方面的技术革新必将对探讨地震孕育过程、断层活动性、大地震临震预测预报等方面有着重要意义。

如今，多种基于地声检测方法的地震活动监测的装置、探测仪器和方法已被提出。如：田时秀等提出的锥形块压电地听器（CN85100713）、李建坤等提出的一种地震预报仪（CN96101094.0）、黄曾新等提出的地震前兆微观综合测量仪（CN200510024084.3）、张文涛等提出的光纤深井地声仪（CN201210192743.4）。

然而，前述的技术方案仅仅关注于基于地声检测方法的地震活动监测的一种装置、仪器、探头和方法，并未综合性的考虑传感器探头的可安装性，以及将其装置、仪器、探头安装于地下几十至几百米的基岩或密实土壤的成本。

鉴于此，本发明提出一种基于地声检测方法的大地震孕育过程及临震监测探头，采用将传感器模块与钻头紧密相连，并利用现有技术条件，在无需另行开发特殊钻探设备的情况下，经过多次钻探，使传感器探头可以与基岩或密实土壤可以紧密接触。使传感探头可便捷、快速地安装于地下基岩或密实土壤，保证探头可低成本地、可靠地、布局于地震断裂带，使得大规模密集地观测大地震的孕育过程和临震前地下完整的地声信息成为可能。

发明内容

本发明的目的是为了给现有大地震监测领域提供一种低成本、高可靠性的地下地声变化信息的监测传感探头结构，使其可便捷地、在现有技术条件下可实现地安装。为长时间地、大规模密集布局地对大地震孕育过程的科学研究，以及大地震的预测预报提供有效、可行的技术方案。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的。

一种基于地声检测方法的大地震孕育过程及临震监测探头，包括:钻头1，用于在二次钻孔中，将探头引入基岩或密实土壤8中，并起到传导地声声波信号的作用；传感器模块2，用于接收及预处理地声声波信号；推进管3，用于连接外部电机与钻头1、传感器模块2组成的连接体，并推进其在原钻孔中向下推进，且起到保护供电及信号传输电缆4的作用；供电及信号传输电缆4，用于将传感器模块2的输出信号传送到地面上的处理中心，并用于向传感器模块2提供电源。

上述方案中，所述传感器模块2包括传感器阵列201、信号预处理模块202、柱形腔体203、连接卡扣204；传感器阵列201、信号预处理模块202由胶体封装于柱形腔体203；连接卡扣204位于柱形腔体203顶部，用于与推进管3卡扣连接。

上述方案中，钻头1与传感器模块2能够紧密相连；供电及信号传输电缆4经柱形腔体203顶部通孔与信号预处理模块202相连接，并穿过推进管3内部通往地面6。

上述方案中，所述传感器模块3可耐腐蚀、密封防水、抗压抗振动性能好、可靠性高。

上述方案中，所述钻头1、传感器模块2组成的连接体应完全推进入基岩或密实土壤8；钻头1应与基岩或密实土壤8紧密接触，且传感器模块2通过浇注体与基岩或密实土壤8紧密接触。

上述方案中，所述传感器阵列201包括4组传感器组，每组传感器组由次声波声传感器、可听波声传感器、超声波声传感器3类传感器构成。

上述方案中，所述传感器阵列201中4组传感器组分别测量4个分量的地声信号；其中，传感器组2011安装于柱形腔体203底面中心，而传感器组2012、传感器组2013、传感器组2014等距安装于柱形腔体303内壁，且位于柱形腔体203同一水平截面；传感器模块3所接收的地声可通过分析各安装点传感器所接收信号强度唯一确定其声源方向。

有益效果

本发明对比已有技术具有以下有益效果：

1.本发明使用4组传感器，保证了探头可从4个分向量清晰地记录每次地声信息的声源方向。同时，本发明使用3种频率响应范围的传感器，保证了探头可全面地覆盖地声声波可能的频率范围，保证了大地震孕育过程中及临震前地声信息中的标量信息和矢量信息被精确记录。

2.本发明将传感器模块与钻头紧密相连，使得大地震孕育过程中及临震前的地声信号可完整、清晰地被探头接收，保证了被记录的地声信号的精确性。

3.本发明利用现有技术条件，在无需另行开发特殊钻探设备的情况下，使传感探头可便捷、快速地安装于地下基岩或密实土壤。

附图说明

图1是本发明的探头结构示意图

图2是本发明的传感器模块示意图

其中：1-钻头、2-传感器模块、201-传感器阵列、202-信号预处理模块、203-柱形腔体、204-连接卡扣、2011-传感器组1、2012-传感器组2、2013-传感器组3、2014-传感器组4、3-推进管、4-供电及信号传输电缆、5-钻孔侧壁、6-地面、7-表层土壤、8-基岩或密实土壤。

具体实施方案

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面将以参考附图来描述用于实施本发明的最佳实施方案。

如图1所示，该基于地声检测方法的大地震孕育过程及临震监测探头包括：钻头1，用于在二次钻孔中，将探头引入基岩或密实土壤8中，并起到传导地声声波信号的作用；传感器模块2，用于接收及预处理地声声波信号；推进管3，用于连接外部电机与钻头1、传感器模块2组成的连接体，并推进其在原钻孔中向下推进，且起到保护供电及信号传输电缆4的作用；供电及信号传输电缆4，用于将传感器模块2的输出信号传送到地面6上的处理中心，并用于向传感器模块2提供电源。

钻头1与传感器模块2能够紧密相连；供电及信号传输电缆4经柱形腔体203顶部通孔与信号预处理模块202相连接，并穿过推进管3内部通往地面6。

如图2所示，其中，传感器模块2包括传感器阵列201、信号预处理模块202、柱形腔体203、连接卡扣204；传感器阵列201、信号预处理模块202可由玻璃胶体封装于柱形腔体203；连接卡扣204位于柱形腔体203顶部，用于与推进管3卡扣连接；其中，为使传感器模块2可耐腐蚀、密封防水、抗压抗振动性能好、可靠性高，柱形腔体203可用不锈钢材料制作；其中，构成传感器阵列201的3类声传感器可采用方向性好、频谱相应范围宽的光纤次声波传感器、MEMS麦克风和石英声发射传感器；其中，信号预处理模块202可由滤波器、放大器电路组成。

传感器阵列201中4组传感器组分别测量4个分量的地声信号；其中，传感器组2011安装于柱形腔体203底面中心，而传感器组2012、传感器组2013、传感器组2014等距安装于柱形腔体203内壁，且位于柱形腔体203同一水平截面，且每个传感器组安装点与此水平截面中心连线的夹角为120°。

安装时，采用常规钻井设备打一直径15cm，深度100m的深钻孔至基岩或密实土壤8后，取出打孔用钻头；将钻头1、活动连接件2、传感器模块3连接体为整体，并通过连接卡扣204与推进管3相连后，推入钻孔；用外部电机驱动推进管3，进而联动钻头1、传感器模块2组成的连接体，使其在原钻孔中旋转地向下推进；当将首段100cm长的中空不锈钢管制成的推进管3完全推进到地表以下后，安装下一段推进管3，并重复此操作，直至钻头1、传感器模块2组成的连接体完全推进入基岩或密实土壤8；最后浇注水泥，使传感器模块2与基岩或密实土壤8紧密接触。

以上内容是结合一种实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种基于地声检测方法的大地震孕育过程及临震监测探头，其特征在于，包括：

1）钻头1，用于在二次钻孔中，将探头引入基岩或密实土壤8中，并起到传导地声声波信号的作用；2）传感器模块2，用于接收及预处理地声声波信号；3）推进管3，用于连接外部电机与钻头1、传感器模块2组成的连接体，并推进其在原钻孔中向下推进，且起到保护供电及信号传输电缆4的作用；4）供电及信号传输电缆4，用于将传感器模块2的输出信号传送到地面6上的处理中心，并用于向传感器模块2提供电源。

2.根据权利1所述一种基于地声检测方法的大地震孕育过程及临震监测探头，其特征在于：其中，所述传感器模块2包括传感器阵列201、信号预处理模块202、柱形腔体203、连接卡扣204；传感器阵列201、信号预处理模块202由胶体封装于柱形腔体203；连接卡扣204位于柱形腔体203顶部，用于与推进管3卡扣连接。

3.根据权利1所述一种基于地声检测方法的大地震孕育过程及临震监测探头，其特征在于：其中，钻头1与传感器模块2能够紧密相连；供电及信号传输电缆4经柱形腔体203顶部通孔与信号预处理模块202相连接，并穿过推进管3内部通往地面6。

4.根据权利1所述一种基于地声检测方法的大地震孕育过程及临震监测探头，其特征在于：其中，所述钻头1、传感器模块2组成的连接体应完全推进入基岩或密实土壤8；钻头1应与基岩或密实土壤8紧密接触，且传感器模块2通过浇注体与基岩或密实土壤8紧密接触。

5.根据权利2所述一种基于地声检测方法的大地震孕育过程及临震监测探头，其特征在于：其中，所述传感器阵列201包括4组传感器组，每组传感器组由次声波声传感器、可听波声传感器、超声波声传感器3类传感器构成。

6.根据权利4所述一种基于地声检测方法的大地震孕育过程及临震监测探头，其特征在于：其中，所述传感器阵列201中4组传感器组分别测量4个分量的地声信号；其中，传感器组2011安装于柱形腔体203底面中心，而传感器组2012、传感器组2013、传感器组2014等距安装于柱形腔体303内壁，且位于柱形腔体203同一水平截面；传感器模块3所接收的地声可通过分析各安装点传感器所接收信号强度唯一确定其声源方向。