[實(shí)用新型]鉆孔軸向應(yīng)變測量裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201120164034.6
• 申請日: 2011-05-20
• 公開（公告）號: CN202126504U
• 公開（公告）日: 2012-01-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 歐陽祖熙;張鈞
• 申請（專利權(quán)）人: 歐陽祖熙;張鈞
• 主分類號: G01V1/00
• 分類號: G01V1/00;G01B7/16
• 代理公司: 北京中譽(yù)威圣知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11279
• 代理人: 叢芳;彭曉玲

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及鉆孔應(yīng)變測量技術(shù)領(lǐng)域，更具體的說是涉及一種鉆孔軸向應(yīng)變測量裝置。

背景技術(shù)

鉆孔應(yīng)變儀是一種長圓筒形地球物理儀器，圓形鋼筒內(nèi)固定有測量不同方向的線應(yīng)變傳感器，可以安置于深鉆井里測量地殼巖體的受力變形過程。圓形鋼筒用水泥固結(jié)在鉆井底部，與周圍巖石成為一體，因而能夠直接測量地殼應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)的連續(xù)變化。國內(nèi)外現(xiàn)有的鉆孔應(yīng)變儀，井下探頭內(nèi)有3到4個應(yīng)變傳感器，大多為徑向水平安裝的結(jié)構(gòu)，用來測量不同方向地殼的水平應(yīng)變，能夠反演出地殼水平應(yīng)變場的全部分量。但是，考慮到地殼巖石結(jié)構(gòu)及地質(zhì)構(gòu)造的復(fù)雜性，在地殼板塊與板內(nèi)斷層活動的動力作用下，區(qū)域地殼受力變形一般除了有水平變形分量外，多伴有垂向變形發(fā)生。許多大地震都會造成地表的巨大變形與破壞，可以從另一個方面表明，地殼的受力變形既有水平方向的分量，也有垂直方向的表現(xiàn)。比如2008年5月12日發(fā)生的四川汶川大地震，經(jīng)過對GPS數(shù)據(jù)分析和現(xiàn)場地質(zhì)調(diào)查，該地震造成映秀至北川斷裂帶出現(xiàn)垂直和水平方向的位錯，最大的垂直位錯幅度為4米左右。這造成了四川盆地沉降，龍門山大幅度抬高，重慶地區(qū)也有所抬高。其地表最大標(biāo)量位移大于4m，位于成都西北(103.9°E，31.73°)附近，距離都江堰市僅30余公里。形變較大的區(qū)域覆蓋了汶川、茂縣、理縣和北川等四縣。所以，為了全面了解在構(gòu)造活動作用下區(qū)域地殼受力變形的特點(diǎn)，有必要同時監(jiān)測地殼水平應(yīng)變和垂向應(yīng)變隨時間的變化。

目前，服務(wù)于地震預(yù)報研究的高精度地殼變形觀測可分作三種類型：第一種類型是安裝在地表的山洞、隧道里的長基線型應(yīng)變測量儀，其測量基線長達(dá)10-50米，靈敏度可達(dá)10^-10應(yīng)變；第二種類型是運(yùn)用空間技術(shù)的GPS全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)，它的靈敏度一般在10^-7應(yīng)變量級。這兩種類型儀器，前者因為人類活動的影響，地表干擾越來越大，很難找到理想的觀測場所，特別是在大城市與經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)，后者雖然長期穩(wěn)定性好，但由于靈敏度偏低，難以觀測到準(zhǔn)確的地震孕育過程，特別是重要的臨震異常信號，所以，這兩種手段還不能完全滿足當(dāng)前地震監(jiān)測預(yù)報研究的需要。第三種類型，就是近年來迅速發(fā)展的鉆孔型觀測儀器，也可稱作短基線儀器，例如測量水平應(yīng)變時，一般鉆孔孔徑為10cm左右，儀器內(nèi)應(yīng)變傳感器的基線長度大約也是這個尺度。這種鉆孔應(yīng)變儀通常可用水泥固結(jié)在數(shù)百米深的井下工作，故地表發(fā)生的人類工程活動以及降雨、雷擊等氣象因素所引起的干擾都能得到很好的抑制，它們的靈敏度通常優(yōu)于10-10應(yīng)變。因為具有抗干擾能力強(qiáng)和靈敏度高的特點(diǎn)，中國、日本、美國的地震預(yù)報研究均投入較大的力量發(fā)展此種觀測技術(shù)。美國2004年開展的EARTHSCOPE研究計劃甚至稱：“鉆孔應(yīng)變儀是揭示短期(數(shù)秒至數(shù)月)地殼連續(xù)變形的理想儀器，在對地震與火山噴發(fā)之前和臨近時的現(xiàn)象的觀測中將發(fā)揮主要作用”。

但目前開展的鉆孔應(yīng)變觀測絕大多數(shù)限于測量地殼的水平應(yīng)變。日本東京大學(xué)地震研究所于上世紀(jì)末研制的多分量鉆孔應(yīng)變儀中包含了鉆孔軸向應(yīng)變測量單元，是在地殼垂向應(yīng)變觀測方面的首次嘗試。該儀器井下探頭測量垂向應(yīng)變的磁感應(yīng)位移傳感器裝置于一個圓筒內(nèi)，測量基線的長度基本上與該段圓筒的長度相當(dāng)。當(dāng)用水泥將圓筒狀探頭固結(jié)安裝在鉆孔底部后，地殼巖體在發(fā)生受力變形時，鉆孔應(yīng)變儀的彈性圓筒外殼會產(chǎn)生相應(yīng)的變形，于是，可以用水平安裝的位移傳感器測量地殼的水平應(yīng)變，用軸向安裝的位移傳感器測量地殼垂向應(yīng)變。這種用彈性圓筒作為鉆孔軸向變形傳遞裝置的測量方法，很容易受彈性圓筒水平變形的干擾，故在進(jìn)行鉆孔軸向應(yīng)變測量時會帶來較大的誤差。

實(shí)用新型內(nèi)容

本實(shí)用新型提供了一種鉆孔軸向應(yīng)變測量裝置，可以單獨(dú)使用，也可連接在鉆孔水平應(yīng)變儀上，通過帶有隔離層的位移連接桿和錨頭將地殼的垂直應(yīng)變傳遞至測量傳感器，解決了日本鉆孔軸向應(yīng)變測量單元容易受彈性圓筒水平變形干擾的問題，使鉆孔軸向應(yīng)變的傳遞較少受其水平變形的影響，從而提高了軸向應(yīng)變的測量精度。

本實(shí)用新型是采用如下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)上述目的的一種鉆孔軸向應(yīng)變測量裝置，連接在鉆孔水平應(yīng)變儀上，包括有圓筒狀外殼、安裝在外殼內(nèi)的位移傳感器、與傳感器連接的位移傳遞桿、連接在位移傳遞桿末端的錨頭，該位移傳遞桿沿外殼軸向設(shè)置并伸出外殼，在該位移傳遞桿外表面設(shè)有與其可相對滑動的柔性隔離套。

作為上述方案的進(jìn)一步說明：

優(yōu)選地，所述位移傳感器為電容式位移傳感器，包括定極板和動極板，該定極板固定連接在外殼內(nèi)，該動極板與位移傳遞桿固定連接。