[发明专利]一种大地震孕育及临震地声监测探头及其电路模块结构

说明书

技术领域

本发明专利涉及大地震监测仪器和电路系统设计领域，具体涉及一种基于基于地声检测方法的大地震孕育过程与临震监测探头结构及电路模块结构。

背景技术

地球经过不断的运动和变化，在地壳某些脆弱地带一旦积累了巨大的能量，造成岩石突然发生破裂，或者引发原有断层的错动，这就是地震。加强地震灾害的对策研究，提高地震监测预测的技术水平，减轻地震灾害，与国家的发展社会的稳定和人民生命财产的安全都有着直接关系和重大意义。

大地震前在地壳中应力容易集中的地方，如：断层、裂缝和空洞等，其局部的应力场分布为一种不稳定态，当这种非稳态的应力场持续积累能量时，在一个临界点就会发生应力场的再分布，这种应力场的再分布过程或应变能的释放过程是以岩体的形变、微观破裂、裂缝产生进而发展为岩体大规模断裂(发震)为表现形式。而其中释放出的能量一部分以声波的形式释放出来，在岩体大规模断裂(发震)之前的微观破裂、裂缝产生过程中辐射的声波即为震前地声。因此检测地震断裂带的地声信号已成为监测地壳活动的一种重要方法，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积极作用。

至上世纪六七十年代至今，人们提出了多种用于地震监测的地声探测装置，这些装置大都采用采用单一频谱响应的声传感器，在地表或地面下检测地声信号。如：中国专利CN200510024084.3、中国专利CN201210192743.4、中国专利CN201110115987.8、中国专利CN85100713中所公开的技术，以及发表在《南京师院学报》上的“地声研究与DS型地声仪”、发表在《地球物理学报》上的“地声与地震相关性的初步探讨”、发表在《华北地震科学》上的“计算机多媒体技术与地声监测及地震预报”中所提到的技术，等等。这些技术方案存在一些共性的问题：第一，地声信息包含地震孕育过程中或临震前地下基岩断面及其周围小破碎及微断裂所产生的高频超声波，也包括临震前基岩宏观破裂及地壳蠕变过程中所产生的低频可听波和次声波(田时秀，“地声和地震预报”，物理[J]，1978)。而目前技术方案均使用单一频谱响应的声传感器，仅关心频率在300Hz以下的地声信号，对于高频信号未能做到有效的检测；第二，震前地声监测工作的一个难点在于难以长期连续监测，这要求仪器或设备有非常好的可靠性(郑治真，“地声信息工程研究的进展和今后方向”，中国地震[J]，1989)。然而，由于地下环境复杂，对传感器、处理电路、传输过程的可靠性有着苛刻的要求，然而，上述技术方案均未对上述环节做出有效、合理的备份，以保证仪器或设备可长时间地监测地声信号；第三，震前地声监测工作的另一个难点在于不易选取适合的深水井作为地声观测井(郑治真，“地声信息工程研究的进展和今后方向”，中国地震[J]，1989)，而现有仪器或设备的探头均需要安装于现成的深水井，以降低安装成本，导致无法密集大规模的布设地声监测点。

鉴于上述瑕疵，本发明公开了一种基于地声检测方法的大地震孕育过程与临震监测探头结构及电路模块结构。探头单元结构由锥形传声头与基岩直接耦合，将地声传导至与其直接相连的传声杆，再由贴于传声杆表面的带状压电薄膜传感器将地声信号转化为电信号。其中，压电薄膜传感器的优点即是灵敏度高、动态范围大，频率响应范围光。此外，探头电路模块结构从传感器单元、处理电路、传输过程三个层次对捕获的地声信号备份，提高了整个电路系统的可靠性。通过上述技术方案，使得探头可密集、大规模的布局于地震多发带地下150米至200米处基岩中，使大地震临震地声监测工作得以长时间地、可靠地、低成本地展开。

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、可大规模密集布局，可长时间监测地下地声变化信息的监测系统，监测数据可用于大地震孕育过程的科学研究，以及预测预报。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的。

一种基于地声检测的大地震临震孕育过程及临震监测探头结构，包括：柱形封装胶、预处理电路、供电及信号电缆、锥形传声头、传声杆、带状压电薄膜传感器组，其中：

所述锥形传声头用于与基岩直接耦合，并将地声传递至探头结构；

所述传声杆用于固定带状压电薄膜传感器，并将地声由传声头传递至带状压电薄膜传感器；

所述带状压电薄膜传感器组用于将接收的地声信号转换为电信号；

所述柱形封装胶用于将带状压电薄膜传感器组、预处理电路、供电及信号电缆固定于与锥形传声头等直径的柱形空间内，并使探头结构耐腐蚀、防水、抗摩擦；