[發明專利]斷裂擴散電場強度的單孔監測系統及方法

有效

• 申請號: 201910970102.9
• 申請日: 2019-10-12
• 公開（公告）號: CN110865245B
• 公開（公告）日: 2021-10-26
• 發明（設計）人: 陳國能;曾強
• 申請（專利權）人: 陳國能;廣東中大深地科學研究院有限公司
• 主分類號: G01R29/14
• 分類號: G01R29/14;G01V3/08
• 代理公司: 廣州駿思知識產權代理有限公司 44425
• 代理人: 潘桂生

本發明涉及一種斷裂擴散電場強度的單孔監測系統及方法。本發明的斷裂擴散電場強度的單孔監測系統包括一參考電極、若干淺表電極、監測儀器和計算設備，參考電極和不同的至少兩個淺表電極構成至少一組監測測道；參考電極安裝于基巖面之下的斷裂破碎帶中，淺表電極安裝于斷裂上盤或斷裂下盤中的淺表土層中，監測儀器檢測每組監測測道內參考電極與每個淺表電極所檢測的電物理量之間的電物理量差并發送至計算設備；計算設備對每組監測測道進行電物理量等差點的插值，并根據電物理量等差點勾勒出位于淺表土層的斷裂擴散電場的等勢線。本發明的斷裂擴散電場強度的單孔監測系統能夠比較準確的監測斷裂擴散電場的強度變化。

技術領域

本發明涉及地電場探測領域，特別是涉及一種斷裂擴散電場強度的單孔監測系統及方法。

背景技術

斷裂電場是指分布于斷裂破碎帶中及其附近的電場，如圖1所示，斷裂電場形成的先決條件是壓應力的存在，而這種壓應力實則就是斷裂兩盤塊體的相互作用力，其從地震的成因中可以闡明。以應力集中來解釋形成斷裂電場的壓電效應中的壓力來源后還需有序排列的壓電礦物。而大陸地震震源深度多在5-25km之間的所謂“大陸地震層”內的事實，表明斷裂面上的應力集中點主要出現在地表以下5-25km的地殼深部，這一深度正是花崗巖層的分布范圍。因此當斷裂切割至該深度范圍，必然會存在有序排列的石英礦物，當斷裂兩盤發生應力集中時自然而然就會產生壓電效應，這也就是斷裂中電場的來源。根據上述原理可知斷裂壓電部位實質上是斷面上阻撓斷裂兩盤發生相對運動的阻礙部位，同時也是潛在的地震發震震源，即孕震部位。因此斷裂電場的強度只與這一阻礙部位的應力相關，而阻礙部位的大小取決于斷面的粗糙程度，與斷裂的力學性質和運動學性質無關。

如圖2所示，孕震部位的壓電效應可以被視作“電源”，然而這一電源可能存在于地表之下數乃至十數公里的深度，人類要在地表對該電源進行觀測，就必須有“導線”這一概念，這一“導線”就是斷裂本身。據現有超深鉆資料表明，在陸殼深部依然有著水的存在，而在裂隙發育的斷裂內，水可作為電流載體，其良好的導電率可使得產生于斷裂深部的壓電電流到達淺表地區，從而形成斷裂電場。

對于斷裂電場不同部位，其強度亦大小不一，越接近“電源”，電場強度越大。相對于斷裂帶內部，其上下兩盤由于裂隙的不發育，導致了其內含水量遠小于斷裂帶本身，使得兩盤基本處于絕緣狀態。當斷裂帶中的壓電電流傳導至地表，會與淺表水接觸從而產生“漏電現象”。換而言之，前述各種方法所測得的震前地電異常實質上就是斷裂電場在淺表含水層中的輻射作用所形成的“漏電電場”(見圖2)，而這種“漏電電場”實質上就是斷裂電場在地表部位的延伸。我們將之稱為斷裂電場的地殼淺部擴散電場，以下簡稱斷裂擴散電場。而現有的自然電場法無法準確檢測斷裂擴散電場的強度變化。

發明內容

基于此，本發明的目的在于，提供一種斷裂擴散電場強度的單孔監測系統及方法，其能夠比較準確的監測斷裂擴散電場的強度變化。

第一方面，本發明實施例提供了一種斷裂擴散電場強度的單孔監測系統，包括：

一參考電極、若干淺表電極、監測儀器和計算設備，所述參考電極和不同的至少兩個淺表電極構成至少一組監測測道；

所述參考電極通過探測鉆孔安裝于基巖面之下的斷裂破碎帶中；

在一組監測測道內的所述至少兩個淺表電極共同安裝于斷裂上盤或斷裂下盤中的淺表土層中，所述至少兩個淺表電極不同時位于與斷裂破碎帶走向一致的直線上，或者，每一個淺表電極與所述參考電極之間的電物理量差的數值大小不同但變化趨勢一致；

所述監測儀器與所述參考電極和每組測道內的每一個淺表電極分別連接，并檢測每組監測測道內所述參考電極與每個淺表電極所檢測的電物理量之間的電物理量差，并將該電物理量差發送至所述計算設備；

所述計算設備根據該電物理量差采用插值法從地表的斷裂破碎面沿每組監測測道中所述至少兩個淺表電極布置的方向對每組監測測道進行電物理量等差點的插值，并根據每組監測測道的電物理量等差點勾勒出位于淺表土層的斷裂擴散電場的等勢線。