[发明专利]基于光纤传感技术的地震和地质灾害监测系统及监测方法

说明书

本发明提出的基于光纤传感技术的地震和地质灾害监测系统及监测方法，包括三组相互正交的铠装监测光缆，每组铠装监测光缆内均包含有地震波传感光缆，地震波传感光缆内包含地震波弹性体，地震波弹性体上有单模光纤；地震波弹性体内镶嵌两根多模光纤，两根多模光纤的尾端熔接成U字型；还包括设在铠装监测光缆上的应变光纤；复合调制解调仪器分别与单模光纤、多模光纤、应变光纤相连接。本发明通过基于光纤传感技术实时测量和监测地下或井下应力、应变、温度、噪声和震动信号等有可能诱发天然地震和地质灾害的地下信息，分析地下诱发天然地震或地质灾害的潜在风险和可能性，及时提供天然地震或地质灾害可能发生的预警信息。

技术领域

本发明属于天然地震和地质灾害监测及预警领域，具体涉及一种基于光纤传感技术的地震和地质灾害监测系统及监测方法。

背景技术

光纤传感系统可以用于地面三分量地震信号和井下压力、温度、噪声、振动、声波、地震波、流量、组分分析、电场和磁场的测量。该系统以全铠装光缆结构为基础，传感器和连接及数据传输缆都用光纤制成。

要对天然地震和地质灾害进行全方位的监测和预警，就需要对与有可能诱发天然地震和地质灾害的地下信息进行长期实施的观测和监测，这些信息包括地下的天然地震信号、地下应力场、地下岩层或岩石的应变、地下温度、地下电场和磁场等等。

传统的地下或井下应力、应变、压力、温度、噪声和震动信号等的测量通常使用的是地下或井下测井仪器或井下电子传感器，这些电子传感器都需要耐高温、耐高压、在地下或井下长时间工作，而这些工作环境和条件对常规电子传感器是非常困难的挑战，这些电子传感器还没有办法布设到超高压超高温的地下深处或深井里面去，也没有办法实现全井段的井下应力、应变、压力、温度、噪声和震动信号的测量和长期监测。

随着分布式光纤传感技术的快速发展，特制的耐高温耐高压的高灵敏度铠装监测光缆，就可以方便的布设到超高压超高温的地下深处或深井里面去，也可以长时间在地下深处或深井里面可靠的工作，实施测量和监测地下或井下应力、应变、压力、温度、噪声和震动信号等有可能诱发天然地震和地质灾害的地下信息，克服和解决地下或井下测井仪器或井下电子传感器不能长期在超高压超高温的地下深处或深井里面可靠工作的难题。

发明内容

为了实现对天然地震和地质灾害进行全方位的监测和预警，对与有可能诱发天然地震和地质灾害的地下深部的应力、应变、温度、噪声和震动信号等信息进行长期实施的观测和监测。本发明提出了基于光纤传感技术的天然地震和地质灾害监测系统及监测方法。

具体的技术方案为：

基于光纤传感技术的地震和地质灾害监测系统，包括三组相互正交的铠装监测光缆，铠装监测光缆布设或埋置在一口直井中和地面或一口直井中和两口地下水平井内，每组铠装监测光缆内均包含有地震波传感光缆，地震波传感光缆内包含地震波弹性体，地震波弹性体上有单模光纤；地震波弹性体内镶嵌两根多模光纤，两根多模光纤的尾端熔接成U字型；

还包括绞合镶嵌在铠装监测光缆上的应变光纤；

还包括设在地面井口处的复合调制解调仪器；复合调制解调仪器的九个DAS信号端口分别与单模光纤相连接，所述复合调制解调仪器的六个DTS信号端口分别与多模光纤的首端相连接，复合调制解调仪器的三个DSS信号输入端口与分别与应变光纤相连接；

单模光纤为无氢损高反射系数增敏纯硅芯碳涂覆光纤；

应变光纤为耐高温高灵敏度的应变纯硅芯碳涂覆单模光缆；

多模光纤为耐高温高灵敏度的纯硅芯碳涂覆多模光纤；

所述的复合调制解调仪器为DAS/DTS/DSS复合调制解调仪器。

所述的地震波弹性体上有单模光纤，为采用一根单模光纤按照螺旋形绕制在地震波弹性体上，或三根单模光纤分别安置在地震波弹性体上。