[发明专利]基于地层氢气浓度变化的地震先兆监测装置

说明书

技术领域

本发明一种监测装置，尤其是涉及一种基于地层氢气浓度变化的地震先兆监测装置。

背景技术

目前，一种普遍的观点认为地震时由构成地壳的多个板块相互挤压使板块间的岩层破裂造成的，由于构成地壳的结构和成分比较复杂，所以在地震前出现的征兆也不尽相同，所以对地震的监测参数选择也是多种多样，氢气在地壳中广泛存在，并被实际监测证明是地震预报中最灵敏的化学组分之一，与地震具有较强的对应性，特别是在短期临震阶段具有较强的指示性。

氢气分子由于是最小的分子结构，所以具有很强的渗透能力，在土壤气中氢气的背景值为0.5ppm，但在地震的临震短期阶段，由于地层中的岩石承受的应力已接近极限状态，岩石内部开始出现微裂纹，从而使地层深部的氢气大量释放并沿着各种渠道上升至地表，使地层中的氢气浓度突然增大，一般增加的幅值为背景值的数倍、数十倍至数万倍，只要监测到该变化就可以预示着有地震的可能。

现有的监测氢气浓度变化的仪器主要是钯银合金氢气传感装置和气相色谱-热导检测装置，两者检测的氢气极限分别是≤30ppm和≤10ppm，这显然无法满足对地层氢气浓度的检测，并且该设备操作复杂、成本高、不能做到分布式监测，只能给大的地震监测台站配备，使氢气监测点太少，而无法进行数据的分析比较，从而影响了对地震的监测效果。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种基于地层氢气浓度变化的地震先兆监测装置，其结构简单、设计合理、加工制作方便、成本低且使用方式灵活、灵敏度高、使用效果好，实用价值高，适应性强，可实现远距离分布式监测，能有效较大区域的测量地层中氢气浓度的变化。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种基于地层氢气浓度变化的地震先兆监测装置，其特征在于：包括埋于待监测地层中的传感光缆以及与传感光缆相接的测试单元和与测试单元相接的处理单元，所述传感光缆由多个柔性节段和多个硬性节段交替连接而成，所述传感光缆中至少穿设有一根信号光纤，所述信号光纤位于柔性节段和硬性节段的内部，所述信号光纤中至少有一端与测试单元相接，所述柔性节段由外护套一和套设在外护套一内部的柱体一组成，所述硬性节段包括外护套二和套设在外护套二内部的柱体二，所述柱体二与外护套二之间设置有刚性护套，所述柱体一和柱体二的中心沿轴线方向上设置有加强件，所述柱体一和柱体二的内部均开设有凹槽，所述信号光纤穿设在凹槽中，所述柱体二的凹槽内侧相对的两个面上分别设置有变形齿一和变形齿二，所述变形齿一与变形齿二之间呈交错对应布设，所述信号光纤位于变形齿一与变形齿二之间，所述变形齿一和变形齿二均为氢敏变形齿，或者所述变形齿一和变形齿二的内表面上均镀覆有氢敏层。

上述的基于地层氢气浓度变化的地震先兆监测装置，其特征在于：所述氢敏变形齿为金属镍变形齿、金属钯变形齿、金属钼变形齿、钯的合金变形齿、钼的合金变形齿或镍的合金变形齿；所述氢敏层为金属镍层、金属钯层、金属钼层、钯的合金层、镍的合金层或钼的合金层。

上述的基于地层氢气浓度变化的地震先兆监测装置，其特征在于：所述柔性节段内部设置有光反射装置，所述信号光纤的一端通过光缆与测试单元相接，所述光缆上设置有1x 2光分路器，所述信号光纤的另一端连接光反射装置。

上述的基于地层氢气浓度变化的地震先兆监测装置，其特征在于：所述凹槽在柱体一和柱体二上均呈连续布设，所述凹槽的形状为直线形、螺旋形或者SZ曲线形。

上述的基于地层氢气浓度变化的地震先兆监测装置，其特征在于：所述外护套一为高分子波纹管或金属波纹管。

上述的基于地层氢气浓度变化的地震先兆监测装置，其特征在于：所述外护套二表面上布设有透气孔，所述透气孔与凹槽相连通。

上述的基于地层氢气浓度变化的地震先兆监测装置，其特征在于：所述信号光纤为外部包有多层保护层的光纤，所述信号光纤外还包覆有一层防水材料层。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、结构简单、加工制作简便、投入成本低且使用方式灵活、灵敏度高。

2、本装置中所使用的传感光缆埋入适当的地层中，光缆的长度根据需要可以是数公里或数十公里，从而可以检测到大范围地层中氢气浓度的变化，又由于公里距离长，从而使氢气浓度在大范围的小幅变化也可以被检测到，提高了监测的灵敏度。

3、测试精度高，安装布设方便。

4、功能完善，可以通过在光缆中安置第二、第三个信号光纤以及具有其它功能材料的变形齿可以监测其它参数，如地层中的湿度等，以便更好的分析地层变化的状况。