[发明专利]光纤深井地声仪

说明书

技术领域

本发明涉及地震监测仪器技术领域，尤其涉及一种光纤深井地声仪。

背景技术

地声是在地震前段时间内发生的高频岩石微破裂声发射信号，是地震短临预报的重要信息。我国的地声观测始于上世纪70年代，不过一直不被地震学家看好，因为地声信号的频率高、强度弱、干扰背景强，坚持长期连续记录十分困难，而且检测设备昂贵。虽然20世纪80年代的“深井地声观测”证明了高频地震波能够传播较远距离，打开了高频地震频段窗口(池顺良，“深井宽频钻孔应变地震仪与高频地震学”，地球物理学进展，2007)，但地声观测研究的进展仍然十分缓慢，这主要受限于能够用于干扰小的深井中高性能地声观测仪器的发展(郑治真，“我国前兆地声的观测与研究”，地球物理学报，1994)。

起初的地声观测点使用的大部分是水声探头，另一部分是加速度换能器、测振仪和传声器。其中水声探头有明显的缺陷，首先它要求有水源特别是深井的场合，对于缺水而又暴露基岩的情况不能用，并且不能反映地声的横波，因而只有一个观测分量；其次，悬吊在井底水中的探头，由于电缆张力、滴水等干扰，噪声很大以致无法正常工作。后来，研制出了与基岩直接耦合的地声传感器并在现场使用，并取得了成功(田时秀等，“高灵敏度地听器”，地震研究，2002)。

然而，就目前的地声观测技术而言，无论采用何种形式的地声探头，地声仪大都采用电学的测量方法，如伍富昆研制的深井地声仪(引自“SD-1型深井地声仪”鉴定会材料，1985)，冯晓星等人提出的一种用于地震临震监测的地声传感单元结构(中国专利申请CN102288984A)，田时秀提出的一种新型压电陶瓷地听器(中国专利申请CN85100713A)，王乐群等人发明的非密封型钢管音响计数式地声装置(中国专利申请CN2317487Y)，等等。这些电学地声仪存在一些共性问题：第一，地声信号的频率高、强度弱，而目前的地震仪难以高灵敏度地接收高频微破裂信号(池顺良，“深井宽频钻孔应变地震仪与高频地震学”，地球物理学进展，2007)；第二，为了在干扰小的深井中进行地声观测，而目前的地声探头难以满足深井环境中的抗电磁干扰、抗高温高压、长距离信号传输和长期连续观测要求。

光纤传感器具有本质无源、高精度、抗电磁干扰、耐高温高压、耐腐蚀、适于长距离传输等一系列独特优势，其中光纤激光传感器具有高的灵敏度和较宽的频段范围，特别适合用于地震监测中微弱信号(如地声)的探测。

目前，还没有见到将光纤传感器用于深井地声监测设计的报道。但国外大约在90年代初就开始用光纤传感器来测量声发射信号，不同形式的传感器，已经被成功地用来探测声发射信号。其中，使用光纤激光传感器可以获得更高的声发射探测灵敏度(C-C Ye.et.，“Ultrasonic sensing using Yb3+/Er3+-codoped distributed feedback fibre grating lasers”，SMART MATERIALS AND STRUCTURES，2005)。另外，有报道将光纤光栅(FBG)感测器应用于土石流地声监测(黄清哲，“土石流光织监测系统之发展与应用”，第八届海峡两岸山地灾害与环境保育学术研讨会论文集，2011)。因此，可以预见将光纤传感器作为地声研究的换能器件具备现实的可行性和诸多优势。

鉴于此，本发明提出一种光纤深井地声仪，采用最新发展的光纤激光传感器技术，进行深井地声观测，提高探测地声和高频极微震的能力，并重点解决深井地声仪的系统复杂、电磁干扰、防雷击、长距离信号实时传输和长期连续观测等问题。

发明内容

(一)要解决的技术问题

有鉴于此，本发明的主要目的是提供一种光纤深井地声仪，以提高探测地声和高频极微震的能力，并解决深井地声仪的系统复杂、电磁干扰、防雷击、长距离信号实时传输和长期连续观测等问题。

(二)技术方案

为达到上述目的，本发明提供了一种光纤深井地声仪，该光纤深井地声仪包括：柱形壳体6，用于保护光纤深井地声仪的内部结构，并起到传递地声信号的作用；安装于柱形壳体6内部的支座8，用于光纤深井地声仪传感单元的安装，并起到传递地声信号的作用；安装于支座8上的至少一支光纤地声传感器5，用于测量地声信号，其尾纤通过光缆1引出；安装于柱形壳体6内部的光纤温度传感器7，用于对光纤深井地声仪进行温度补偿；以及柱形壳体6内部的浇注体9，用于传递地声信号。