专利名称：多功能地震探测与预报装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种多功能地震探测与预报装置系统，本发明通过对地壳岩石层中存在的多种物理信息的探测，结合卫星对地面变化和地磁变化的观测，来对将会发生的地震做出观测与报警。
背景技术：
地震是地壳的相对平衡或静止状态在短时间内遭到破坏所表现出的一种自然现象。目前，人类还没有找到一种能够比较准确的对地震做出预报的技术及装置。我们使用的地震探测装置主要是通过对地壳震动幅度的探测，来对地震进行观测，这种探测装置能够对已经发生的地震的强度进行探测，但是不能够对将会发生的地震做出准确的预报，最多也只是通过对众多的小地震的观测与记录，通过概率计算，得出一些不确定的推测。
在地球大陆的广大地区，地表面往往是由一层比较松软的土壤、沙漠或风化岩等物质构成。地震波在穿过这层物质到达地表时，这一层松软的物质会吸收一部分地震能量，尤其是小型地震，这一层物质往往能够吸收较大比例的地震能量，用一个比喻来说这就好象在地壳岩层与地球表面之间存在一层海绵性的物质。所以，建立在这种地质区域上的地震观测台网，即便具有很好的灵敏度，其观测效果往往也并不理想。而且，这种台网的建设往往需要很严格的外部环境条件，以保证观测数据尽可能的准确。
我们知道，能够造成大规模破坏的是由地壳岩层板块运动所造成的地震。但是，这种能够造成大规模破坏的、由地壳岩层板块运动所造成的地震的预报是非常困难的，也可以说，人类目前还没有能力对这种地震进行准确的预报。李四光先生曾经提出了通过探测地壳的应力变化来预报地震的理论。该理论虽然很有道理，但是这种应力的准确探测是非常困难的，或者说是在目前的技术条件和技术方法下所无法做到的。有人试图通过卫星对这种变化进行观测。但是，因为下面的原因，使得卫星观测不能满足我们的需要1、如前面所说，与岩石层相比，由于地表层是由一些相对松软的物质所构成，所以在一个比较缓慢的地质变化过程中，岩石层的变化会因为这一相对松软的地表层的作用，其表现出的幅度会有一个减弱；2、卫星本身具有观测误差；3、卫星较短的使用寿命及其在更换卫星时所产生的误差；。4、卫星的使用成本。所以我们需要设计一种更加可靠的岩石层应力变化观测装置来对岩石层的应力变化进行准确的观测。
根据多年的观察我们知道在地震将要发生的时候，自然界将会发生一些异常现象，如地下水位的突然变化；一些动物的异常行为等等。但是为什么会如此，多年来我们没有一个准确的说法。
发明内容
本发明的目的就是试图通过采用一系列的新的方法与装置，通过对地壳岩层中存在的多种物理信息(音能量场的变化及其强度，岩石层蠕动及应力变化、岩石层地壳的震动、地壳电阻率的变化等)的探测，结合卫星对地面变化和地磁变化的观测，来对地震以及地震前后自然环境所表现出的现象进行系统的分析，从而对地壳岩石层的变化以及将会发生的地震做出一个比较准确与系统的预测。
我们知道，地球表面是由一层平均厚度大约为17千米的、薄厚不等的岩石层构成的地壳层。地壳层以下是地幔层，地幔层与地壳层接触的部分是由高温溶岩构成的软流层。地壳层是由多个岩石板块构成，地幔层高温溶岩软流的运动，造成了处在其上的岩石板块之间的相互运动，这种岩石板块之间的相互运动是造成发生大规模破坏性地震的主要原因之一。在研究关于地震的问题时，一般我们所讲的地壳岩石层的强度指的是位于地幔层之上的、构成大陆极块的主体的岩石层部分，而处于地面及其浅层区域的岩层部分，由于其不会发生大面积的破坏性地震，所以在下面谈到岩石层时，往往不包括这一浅层区域。
一般来说，岩石层的抗压强度比较出色，而其抗拉强度则比抗压强度逊色的多。所谓地震，就是地壳岩石层的相对平衡或静止状态在短时间内遭到破坏所表现出的一种自然现象，这种破坏往往就是指岩石层的破裂。而其破裂的方式一般表现为下列两种形态一、岩石层下部地幔层的物质对岩石层的某一区域有一个向上的作用力，而整体的岩石层此时则处于一种自然重力状态下，当这种向上的作用力达到能够破坏岩石层稳定的强度时，此时岩石层就会发生破裂；其它的岩石板块在某些区域对这一岩石板块形成压力；当这种作用力或压力相对的比较小或作用力足够大而岩石层此时还没有遭到破坏时，处于这一作用区的岩石层的上部区域这时往往首先会发生开裂，岩石层发生开裂以后，如果地幔层能够为岩石层提供相对稳定的支撑时，此时地壳仍然可以处于一个相对稳定的状态，这时候，发生的可探测的地震强度可能没有变化或者只有很小的变化，所以我们使用目前的地震探测装置往往不能对这一时间发生的这种变化进行准确的探测与预报。而当这种作用力持续的或不断加大的作用于岩石层，最终发生岩石层的剪切破坏(断裂)时，此时就会发生破坏力最大的主震，这是一种地壳上岩石层首先发生开裂型的地震，这种地震，即可以由上面所述的一种条件下发生；也可能是两种情况同时作用于岩石层而发生。由于岩石层的最下面的部位最终遭到破坏，所以其表现出的震源深度往往相对较大。
第二种岩石层的破裂方式是岩石层下部的不同区域有两个以上的向上的作用力，这种作用力可以是地幔区域的变化所造成；也可以是由位于岩石层下部的其他岩石板块在运动中对岩石层所形成的局部顶推力造成；也可以是上述两种现象共同作用于岩石层所造成。当这种岩石层下部多点向上的作用力达到能够破坏岩石层稳定的强度时，此时岩石层就会发生破裂。当这种作用力或顶推力相对的比较小或作用力足够大而岩石层此时还没有遭到破坏时，处于这一作用区的岩石层的下部区域这时往往首先会发生开裂，岩石层发生开裂以后，如果地幔层能够为岩石层提供相对稳定的支撑时，此时地壳仍然可以处于一个相对稳定的状态，这时候，发生的可探测的地震强度可能没有变化或者只有很小的变化，所以我们使用目前的地震探测装置依然不能对这一时间发生的这种变化进行准确的探测与预报。而当这种作用力持续的或不断加大的作用于岩石层并且最终发生岩石层的破坏(断裂)时，此时就会发生破坏力最大的主震。这是一种地壳下岩石层首先发生开裂型的地震。这种地震，即可以由上面所述的一种情况下发生；也可能是两种情况同时作用于岩石层而发生。由于岩石层的最上面的部位最终遭到破坏，所以其震源深度往往相对不深。同时，岩石层不管是首先向上开裂还是向下开裂，当岩石层最终发生剪切破坏时，这时开裂缝处的岩石往往会发生急剧的相对运动，从而引起岩石层的急剧碰撞，由于大陆地区岩石层的厚度一般较大，而岩石层先期的开裂缝和最终的断裂破坏区往往处于岩石层的两端，所以开裂缝的急剧闭合也能够表现出一般的震源特征。这往往使我们目前的探测方法不能准确的探测震源深度。象唐山大地震，其震源深度就有多种说法。
上面我们说到当岩石层发生开裂或局部开裂时，发生的可探测的地震强度可能没有变化或者只有很小的变化。实际上，上面所说的岩石层开裂的两种方式在很多的时候不会是单单只开裂一条缝，而很可能是在一个区域有多条开裂缝，在岩石层多方向受力的自然条件下，这些开裂缝有时也不会只在岩石层的上方或下方一个方向上开裂，而是会在岩石层的上下两个方向上同时存在着多条开裂缝，这些处于岩石层上下两方的开裂缝因为岩石层受力的不均匀而存在着数量上的差异。当能量聚集到能够破坏岩石层某一区域的稳定状态时，这一区域的岩石层会发生断裂、剪切、坍塌等多种剧烈的形态变化即发生主震。这一岩石层发生剧烈的形态变化的区域就是我们常说的震中区域。成为震中区域往往需要具备下列三个条件一是这里是地幔层发生变化的区域；二是这里是岩石层应力集中的区域；有时这两个变化会有相同的原因(如地幔层的变化引起岩石层应力的变化)。三是处于这一区域的岩石层的强度弱于周围区域。
不是所有岩石层的能量变化、应力变化最终都会引发破坏性地震，也有可能发生这种情况随着岩石层的破裂和一些小地震的不断发生，能量得到释放，从而防止了破坏性地震的发生。
不一定能量释放的最大瞬间是在发生主震的时候，有时能量释放的最大瞬间往往是在岩石层发生开裂而尚未发生主震的时候。所以，及时的发现岩石层的这种变化，对于我们能够及时的对将要发生的地震做出比较准确的预报是非常重要的。而我们目前采取的地震观测方法，不能胜任这一工作。
综上所述，我们应该认识到，地震是一个复杂的物理变化过程，在这个物理变化过程中，它会发出一系列的变化信号，而我们目前观测地震的手段主要是通过地震仪。由于我们目前采用的地震探测仪根本无法对上述岩石层的复杂变化进行准确的探测，而且目前的地震仪大多只能设置在干扰源相对较少的地面或浅地层区域，而大陆的表层部分往往是由比较松软的物质构成，这就如同我们将地震探测仪设置在一个减震装置上，这会大大的降低探测仪的探测精度。所以在我们试图对地震的发生进行比较准确的观测与预报的探索中，我们不应该单单的只对这种岩石层的开裂进行地震强度的探测，更应该对岩石层受外力作用发生破裂时所产生的综合信号进行相应的探测，以便做到能够比较准确的探测与预测岩石层的变化。具体地说，这些综合信号特征包括下列几个方面岩石在开裂而尚未发生大规模结构破坏的时候，与其引起的地震相比，其发出的音频能量往往能够更加准确的反映岩石层内部结构变化的强度。目前的地震探测方法往往只能对已经发生的地震进行比较准确的“记录”，而我们通过探测岩石层变化引起的音频能量的变化，往往可以比较准确的发现岩石层的细微变化，将这种探测岩石层音频能量变化的探测装置与目前使用的地震探测装置结合使用，往往能够做到可以更加准确的探测和预测岩石层已经发生的变化和将要发生的变化。
前面讲到对于岩石层在外力的作用下所发生的褶皱变化、应力变化，人类还没有一个十分有效的观测方法对其进行比较准确的观测。有人试图通过卫星对这种变化进行观测。但是，因为下面的原因，使得卫星观测不能满足我们的需要1、如前面所说，与岩石层相比，由于地表层是由一些相对松软的物质所构成，所以在一个比较缓慢的地质变化过程中，岩石层的变化会因为这一相对松软的地表层的作用，其表现的幅度会有一个减弱；2、卫星本身具有观测误差；3、卫星较短的使用寿命及其在更换卫星时所产生的误差；4、卫星的使用成本。所以我们需要设计一种更加可靠的岩石层应力变化观测装置来对岩石层的应力变化进行准确的观测。
基于对以上所述的岩石层发生变化的特征的认识，我们设计了这种多功能地震探测与预报系统装置。该系统装置是由音能综合探测系统、地震能综合探测系统、岩石层应力探测系统、信号传输系统、电脑分析及快速报警系统、电源系统等六大系统组成，下面我们就对这些系统进行一个详细的说明。
音能综合探测系统由多功能探测井及声纳管、音频信号拾音装置、音频信号调制装置、载波装置、声纳管耳窝装置及相应的吸音、隔音装置等构成；地震能综合探测系统由深井式地震仪、地震仪、地震波信号调制装置、载波装置等构成；岩石层应力探测系统由激光发射仪、激光定位仪、激光接收器、水平式岩石层应力变化探测装置、信号调制装置、载波装置等构成；信号传输系统由信号调制装置、载波装置、传输网络、信号解调装置等构成；电脑分析及快速报警系统由电脑、相应的程序控制软件、信息记录与存储系统、音频信号显示装置、地震波信号显示装置、岩石层应力变化显示装置、报警信息传递及显示装置等构成；电源系统用以保证上述各系统的正常工作。
多功能探测井及声纳管由高强度钢套管组成，它即是一个安放上述各种探测装置的平台；也是一个声纳管；同时还是一个岩石层应力变化的显示装置。其长度可以根据相关的条件在1000米至10000米的范围内灵活的选择。一般的来讲，长度(深度)越大，探测的效果越好。但是随着长度的加大，施工难度与施工成本会大幅度的增加，这就要求我们要根据实际情况，找到一种最佳的方案。由于该多功能地震探测与预报系统装置是由一组综合探测装置组合成的网络所构成。在这个网络中，即可以在重点地区设置探测精度高的主站点，也可以在非重点地区设置辅助站点，所以这种多功能地震探测与预报系统装置采用的探测井及声纳管的长度(深度)可以是不等的。该声纳管应该与岩石层拥有比较好的接触，岩石层内的声音通过声纳管壁传播到声纳管内，音频信号拾音装置负责将这种音频信号转换为电信号。我们知道，现代声纳技术功能已经非常完善，在海洋中，先进的声纳装置能够探测到百公里以外运动的船艇。而岩石层遭到破坏时所发出的声音能量比各种船艇运动时发出的音能要强大的多，而我们这种深井式声纳管的探测条件与探测能力，又会远远的强于各种船艇。所以当我们在以每200千米左右设置一个观测台站的密度进行布局时，我们基本上能够做到可以可靠的观测探测区内地壳层发生的变化。当我们在某一区域探测到地震活动进入活跃期或异常期时，我们可以在该区域灵活的设置新的观测台站以便于进行临震观测。
做为一个综合性的地震探测系统的安放平台，在本多功能探测井的最底部，设置一部深井式地震仪，用来观测岩石层的震动情况，该地震仪处同时设置一个地磁探测仪和地阻探测电极，使其同时拥有地磁变化和地阻变化观测能力。由于该地震仪处于地下数千米的位置，而且直接与岩石层接触，所以其探测范围、探测精度与抗干扰能力会大为提高。
在该地震仪上部的适当位置，设置一个水平方向的岩石层应力变化探测装置，该装置主要由压力传感器、多功能探测井壁压力调整装置、传感器信息读取装置等构成。这其中，压力传感器位于多功能探测井外壁的四周的，通过一个具有内外壁密封功能的传感器信号传输装置与探测井内壁联通。该装置的功能是对其所处位置的岩石层对钢管壁四周的作用力进行探测与记录。多功能探测井壁压力调整装置的功能是调整探测井与岩石层之间的间隙，以使该装置处于良好的工作状态，利用这种方法观测岩石层的水平蠕动。
在岩石层应力变化探测装置的上部或下部的适当位置，设置一个音频信号拾音装置，其功能是将检测到的、通过多功能探测井及声纳管传输进来的岩石层中的音频信号转换为电信号。
对于岩石层应力变化的观测，人们往往感到束手无策，因为人们无法对处于地下十几乃至数十千米的岩石层做出准确的观测，这是因为人类目前掌握的技术无法保证相应的观测装置能够到达这一深度。即便我们上面谈到的水平式岩石层应力变化探测装置，其探测精度和探测范围也都非常有限。但是，如果我们采用一些特殊的方法，将对岩石层应力变化的水平观测变为垂直观测，然后将这种垂直观测取得的数据进行修正计算，我们就能够取得比较可靠的岩石层应力变化数据。根据这一原理，在上述这些装置的上方，设置一组激光接收器，该接收器的功能是定时的接收或反射处于其上部区域的激光发射仪发射的激光束，根据激光束位置的变化，来测量探测井在岩石层的作用下发生的变形数据，将这种变化数据输入到电脑内，进行三角型函数计算及其相应的修正计算，通过这种岩石层的垂直变化推算出岩石层的水平受力情况，以此来观测岩石层的受力变化情况。
上述四项装置工作中产生的电信号，在条件允许的情况下，可以通过专用的信号线传输到地面，当上述探测装置达到一定深度的情况下，对信号传输线的强度(抗拉、耐热)要求很高，而且多线路(多功能探测井内设备提升缆索、电源线是必须的)的设置会往往带来施工与维护的困难。这时可以在此设置一个载波装置，将上述四项装置记录的信号通过电源线传到地面。上述这些探测装置根据实际需要，即可以分离设置，也可以一体化的设置。这是处于多功能探测井及声纳管最底部的探测装置的设置。
在其上方，每隔一定的距离(500-1000M)设置一组类似的装置，所不同的是，处于非底部位置的探测系统装置在配备激光接收器的同时，均配备有激光定位仪和激光发射仪，用于从井口依次向下发射或传递精确的激光束。由于在本多功能探测井中拥有多组这种探测装置，所以，如何保持从井口向井底依次发射或传递的的激光束的同步性与同位性，是保证观测精度的需要，这其中同步性通过控制各个装置的工作时间来达到，所以要求同步性，是因为这里我们是在观测岩石层发生的一种长期的地质变化，在达种观测中，激光发射仪不可能也不必要连续工作。而同位性的要求就是当激光束从上面发射下来，激光接收器接收到这一激光束的射击点以后，将会产生一个信号，这个信号分为两路，一路如上所述做为岩石层的变化数据传回到主电脑，一路对处于这一位置的激光发射仪发出指令，让发射仪向下一级探测装置发出的激光束与激光接收器接收到的激光束拥有相同的项位和角度。设立激光定位仪就是为了满足这一需要。当探测井在岩石层的蠕动下发生变形时，激光接收器接收到的激光信号就会发生移动，通过激光束的发射距离和激光束的移动距离的函数计算，就可以大致的推算出岩石层的受力情况。在激光发射仪与激光接收器的两点安置距离之间，当探测井在岩石层变化的外力作用下出现变形，而且这种变形大于探测井直径时，会出现激光接收器无法接收到激光发射仪发射的激光信号的情况，这时需要采用缩短发射仪与接收器距离的方法，恢复对岩石层变化的观测。
由深井式地震仪、音频信号拾音装置、激光发射仪、激光定位仪、激光接收器、岩石层应力变化探测装置、信号载波装置等组成的探测装置，在多功能探测井的最大探测深度至地面，对岩石层中的信号进行全面的记录。在多功能探测井的地面出口处，设置一个声纳管耳窝装置，该装置实际上就是一组具有良好隔音、隔震性能的房屋式建筑，再通过一个位于该多功能声纳管管口的、可控的、能够截止声音传播的装置，可以将多功能声纳管检测到的声音直接传导到这一装置中来。通过该房屋装置的设立，还能够尽量的防止地面噪音信号的干扰。在该房屋装置内，再设立一台地震仪和一套多功能探测井内设备提升装置。通过上述探测装置的不同深度的立体化设置，我们即可以探测岩石层中的音波、地震波的强度，又可以通过探测同一音波、地震波到达上述探测装置的不同时间，测算出音波发生源、地震源的深度，并且将地面及浅层干扰源的信号排除掉。
以多功能探测井为圆心，在其周围的适当距离上，设置一组地阻测量电极，这组电极与位于多功能探测井内最底部的深井式地震仪处的探测电极一起，对所处地区地壳的电阻及其变化进行观测。
上述装置组合成一个完整的多功能探测站，将多组多功能探测站在一个广泛的地域内，相对等距离的设置(对重要的经济地区和人口稠密地区可以提高设置密度)，通过相应的信号传输系统的连接，必要时再加上相应的卫星探测装置，我们就可以组成一个比较完善的多功能地震探测系统网络。
上述各种探测装置探测到的信号是一种模拟信号，为了保证传输效率和传输精度及传输安全，我们通过一个数字编码与压缩装置对其进行数字化的编码和压缩及加密处理。将这种压缩和加密处理后的信号，通过一个数字信号调制装置，将其调制为一种适于在相应的网络上(光纤电视网、宽带网、微波、卫星)传输的信号。然后通过这些网络，将信号传输到主电脑站内。
上述数字信号到达主电脑站以后，首先通过数字信号解调装置，将上述网上传输来的信号解调为相应的数字信号，然后通过相应的解码装置，将上述数字信号解密、解压缩以后，还原成模拟信号。这一传输信号的调制与解调功能各个探测网站都具有，从而使各网站之间具有完整的双向信号传输功能。
这一还原后的探测信号经过主电脑的处理，分别的进入到音频信号分析、示波与记录系统；地震波信号分析、示波与记录系统；岩石层应力变化信号分析、示波与记录系统；声纳管激光定位信号分析、显示与记录系统。上述各系统主要由电脑、示波器、记录与存储装置等构成。上述各系统即可以通过相应的电脑独立的记录、分析与显示上述各种信号，也可以通过一台电脑集中的记录、分析与显示上述各种信号。上述电脑内均配制有一套完整的信号分析和显示及记录装置与程序。由于低音频的音波与高音频的音波相比具育更高的传输距离，所以在音频信号分析、示波与记录系统中、还设置有一个音频信号倍频装置，该倍频装置的功能是将声纳装置探测到的不同频率的声波、超声波信号转换成为一个固定频率的信号，以便于我们对该信号的综合对比分析。
在主电脑的外接设备当中，装置了一套地震报警装置，该装置能够根据电脑的指令发出两种报警信号，一种是地震预报(包括临震、中期、长期预报)；一种是地震快速报警。前面我们讲到的基本上是怎样做好地震的预报，由于我们设计的这套地震探测与预报装置拥有比较完善的探测网络和快速反映能力，所以它还具有对已经发生的地震进行快速报警的功能。
我们知道，地震波在地壳岩石层中的传播速度大约为2000-8000米/秒。这其中，在比较松软的岩层中速度较慢，在比较坚硬的岩层中速度较快。而电及电磁波的传播速度为30万千米/秒，这两种信号的传播速度相差较大。而且我们的地震探测装置深入到了地下数千米，这就往往使得我们能够在最短的时间内(大约为几秒钟)对发生的地震的参数做出准确的判读，并且对需要做出快速反映的部门发出警报。
通过以上的技术措施，我们就会拥有一种新颖的、能够比较准确的观测与预报地壳岩石层所发生的变化的方法与装置。通过以上设施的持续观测，当某一地区的某一时间进入到地震活跃期时，如果必要，我们可以灵活的配置观测卫星，对观测区进行地震活跃期的强化观测，这会极大的提高我们的观测效率与精度。
下面结合附图及实施例对本发明做进一步的说明附图1是本多功能地震探测与预报系统装置的多功能探测站的结构示意图。
附图2是本多功能地震探测与预报系统装置的网络布局及工作程序示意图。
附图3是处于多功能探测井底部的配有深井式地震仪的岩石层综合信号探测与传输装置工作布局示意图。
附图4处于多功能探测井内的配有激光发射与定位及接收功能的岩石层声纳及信号探测与传输装置示意图。
图中多功能探测站(1)、多功能探测井及声纳管(2)、底部岩石层综合信号探测与传输装置(3)、岩石层声纳及应力变化信号探测与传输装置(4)、深井式地震仪(5)、水平式岩石层应力变化探测装置(6)、音频信号拾音装置(7)、数字式信号调制及载波装置(8)、激光信号接收器(9)、设备提升缆索及工作电缆(10)、激光定位仪及发射仪(11)、地震仪(12)、多功能探测井内设备提升装置(13)、声纳管耳窝装置(14)、传输网络(15)、供电系统(16)、数字信号解调装置(17)、主电脑系统(18)、音频信号分析、示波与记录系统(19)、地震信号分析、示波与记录系统(20)、岩石层应力变化信号分析、示波与记录系统(21)、报警系统(22)、水平式压力传感器(23)、多功能探测井壁压力调整装置(24)、传感器信息读取装置(25)等。
具体实施例方式附图1是本多功能地震探测与预报系统装置的多功能探测站(1)的结构示意图。在该示意图中，由高强度钢套管组成的多功能探测井及声纳管(2)深入到岩石层中，它即是一个安放各种探测装置的平台；也是一个声纳管；同时还是一个岩石层应力变化的显示装置。其长度可以根据相关的条件在1000米至10000米的范围内灵活的选择。做为一个综合性的地震探测系统的安放平台，在本多功能探测井(2)的最底部，设置一部底部岩石层综合信号探测与传输装置(3)，该底部岩石层综合信号探测与传输装置(3)由深井式地震仪(5)、水平式岩石层应力变化探测装置(6)、音频信号拾音装置(7)、数字式信号调制及载波装置(8)、激光信号接收器(9)等构成。在这些装置的上方设有设备提升缆索及工作电缆(10)、以用于探测信号的上传及与上一级的岩石层声纳及应力变化信号探测与传输装置(4)的机械联系。在底部岩石层综合信号探测与传输装置(3)的上方，每隔一定的距离(500-1000M)设置一组岩石层声纳及应力变化信号探测与传输装置(4)，该岩石层声纳及应力变化信号探测与传输装置(4)由激光定位仪及发射仪(11)、水平式岩石层应力变化探测装置(6)、音频信号拾音装置(7)、数字式信号调制及载波装置(8)、激光信号接收器(9)等构成。通过设备提升缆索及工作电缆(10)与上一级的岩石层声纳及应力变化信号探测与传输装置(4)依次连接直至地面。由多功能探测井及声纳管(2)、深井式地震仪(5)、水平式岩石层应力变化探测装置(6)、音频信号拾音装置(7)、数字式信号调制及载波装置(8)、激光信号接收器(9)、激光定位仪及发射仪(11)、等组成的探测装置，通过设备提升缆索及工作电缆(10)的连接，在多功能探测井的最大探测深度至地面，对岩石层中的信号进行全面的观测。在多功能探测井(2)的地面出口处，设置一个声纳管耳窝装置(14)，在该装置内，再设立一台地震仪(12)及多功能探测井内设备提升装置(13)，通过上述探测装置的不同深度的立体化设置，我们即可以探测岩石层中的音波、地震波的强度，又可以通过探测同一音波、地震波到达上述探测装置的不同时间，测算出音波发生源、地震源的深度，并且将地面及浅层干扰源的信号排除掉。
附图2本是多功能地震探测与预报系统装置的网络布局及工作程序示意图。在附图2中，将多组多功能探测站(1)在一个广泛的地域内，相对等距离的设置，组成一个大规模、远距离的观测网络。其观测信号经过数字式信号调制及载波装置(8)的调制，变为可以在网络上高效、精确、安全传输的加密信息，然后通过传输网络(15)，将各种观测信息传输到主电脑(18)。在进入到主电脑(18)的分析程序以前，先将这些数字信号输送到数字信号解调装置(17)进行解调处理，在将各种数字信号还原成模拟信号以后，将其输送到主电脑系统(18)之内，主电脑(18)内配制有一套完整的信号分析、显示及记录装置与程序。经主电脑处理后的音频信号、地震波信号、岩石层应力变化信号以及报警信号分别的进入音频信号分析、示波与记录系统(19)、地震波信号分析、示波与记录系统(20)、岩石层应力变化信号分析、示波与记录系统(21)及报警系统(22)等。
附图3是处于多功能探测井底部的配有深井式地震仪的岩石层综合信号探测与传输装置工作布局示意图。该底部岩石层综合信号探测与传输装置(3)定位安装于多功能探测井及声纳管的底部，其安装布局是深井式地震仪(5)处于最下方，向上依次是水平式岩石层应力变化探测装置(6)、音频信号拾音装置(7)、数字式信号调制及载波装置(8)、激光信号接收器(9)等。在这些装置的上方设有设备提升缆索及工作电缆(10)、以用于探测信号的上传及与上一级的岩石层声纳及应力变化信号探测与传输装置(4)的机械联系。
附图4是处于多功能探测井内的配有激光发射与定位及接收功能的岩石层声纳及信号探测与传输装置示意图。该岩石层声纳及应力变化信号探测与传输装置(4)由激光定位仪及发射仪(11)、水平式岩石层应力变化探测装置(6)、音频信号拾音装置(7)、数字式信号调制及载波装置(8)、激光信号接收器(9)等构成通过设备提升缆索及工作电缆(10)与处于多功能探测井底部的配有深井式地震仪的岩石层综合信号探测与传输装置(3)以及处于上一级的岩石层声纳及应力变化信号探测与传输装置(4)依次连接，直至地面。
权利要求
1.一种多功能地震探测与预报装置，由多功能探测站、多功能探测井及声纳管、深井式地震仪、水平式岩石层应力变化探测装置、音频信号拾音装置、数字式信号调制及载波装置、激光信号接收器、设备提升缆索及工作电缆、激光定位仪及发射仪、地震仪、探测井内设备提升装置、声纳管耳窝装置、传输网络、供电系统、数字信号解调装置、主电脑系统、音频信号分析示波与记录系统、地震信号分析示波与记录系统、岩石层应力变化信号分析示波与记录系统、报警系统等组成，其特征是将一个由高强度钢套管组成的多功能探测井及声纳管(2)深入到岩石层中，在本多功能探测井(2)的最底部，设置一部底部岩石层综合信号探测与传输装置(3)，该底部岩石层综合信号探测与传输装置(3)由深井式地震仪(5)、水平式岩石层应力变化探测装置(6)、音频信号拾音装置(7)、数字式信号调制及载波装置(8)、激光信号接收器(9)等构成，在这些装置的上方设有设备提升缆索及工作电缆(10)，该缆索与上一级的岩石层声纳及应力变化信号探测与传输装置(4)连接，在底部岩石层综合信号探测与传输装置(3)的上方，每隔一定的距离设置一组岩石层声纳及应力变化信号探测与传输装置(4)，该岩石层声纳及应力变化信号探测与传输装置(4)由激光定位仪及发射仪(11)、水平式岩石层应力变化探测装置(6)、音频信号拾音装置(7)、数字式信号调制及载波装置(8)、激光信号接收器(9)等构成，通过设备提升缆索及工作电缆(10)与上一级的岩石层声纳及应力变化信号探测与传输装置(4)依次连接直至地面，在多功能探测井(2)的地面出口处，设置一个声纳管耳窝装置(14)，在该装置内，再设立一台地震仪(12)及多功能探测井内设备提升装置(13)，以上这些装置基本上构置成一个多功能探测站(1)，将多组多功能探测站(1)在一个广泛的地域内，相对等距离的设置，组成一个大规模、远距离的观测网络，其观测信号经过数字式信号调制及载波装置(8)的调制，变为可以在传输网络(15)上高效、精确、安全传输的加密信息，然后通过传输网络(15)，将观测信息传输到主电脑(18)，在进入到主电脑(18)的分析程序以前，先将这些数字信号输送到数字信号解调装置(17)进行解调处理，在将各种数字信号还原成模拟信号以后，将其输送到主电脑系统(18)之内，主电脑(18)内配制有一套完整的信号分析、显示及记录装置与程序。经主电脑处理后的音频信号、地震波信号、岩石层应力变化信号以及报警信号分别的进入音频信号分析、示波与记录系统(19)、地震波信号分析、示波与记录系统(20)、岩石层应力变化信号分析、示波与记录系统(21)及报警系统(22)。
2.根据权利要求1所述的多功能地震探测与预报装置，其特征是在岩石层中，设置一个声纳管(2)，在该声纳管(2)中，等距离的设置一组音频信号拾音装置(7)、该拾音装置与数字式音频信号调制及载波装置(8)连接，各数字式音频信号调制及载波装置之间通过音频信号传输网络(15)连接直至多功能探测井(2)的地面出口处，在多功能探测井(2)的地面出口处，设置一个声纳管耳窝装置(14)，上述音频信号拾音装置探测出的音频信号，经过数字式音频信号调制及载波装置(8)的调制以后，变为可以在传输网络(15)上传输的加密信息，然后通过传输网络(15)，将观测信息传输到主电脑(18)，在进入到主电脑(18)的分析程序以前，先将这些数字信号输送到数字信号解调装置(17)进行解调处理，在将各种数字信号还原成模拟信号以后，将其输送到主电脑系统(18)之内。
3.根据权利要求1所述的多功能地震探测与预报装置，其特征是在多功能探测井(2)的底部，设置一台深井式地震仪(5)，在探测井(2)的顶部，设置另一台地震仪(12)，这两台地震仪探测出的地震信号，经过数字式地震信号调制及载波装置(8)的调制以后，变为可以在传输网络(15)上传输的加密信息，然后通过传输网络(15)，将观测信息传输到主电脑(18)，在进入到主电脑(18)的分析程序以前，先将这些数字信号输送到数字信号解调装置(17)进行解调处理，在将各种数字信号还原成模拟信号以后，将其输送到主电脑系统(18)之内。
4.根据权利要求1所述的多功能地震探测与预报装置，其特征是在岩石层中，设置一个岩石层应力变化显示井(2)，在岩石层应力变化显示井(2)之内，等距离的设置一组由水平式岩石层应力变化探测装置(6)、激光接收器(9)、激光定位仪及激光发射仪(11)构成的岩石层应力变化探测装置，该岩石层应力变化探测装置探测到的信号，经过数字式岩石层应力信号调制及载波装置(8)的调制以后，变为可以在传输网络(15)上传输的加密信息，然后通过传输网络(15)，将观测信息传输到主电脑(18)，在进入到主电脑(18)的分析程序以前，先将这些数字信号输送到数字信号解调装置(17)进行解调处理，在将各种数字信号还原成模拟信号以后，将其输送到主电脑系统(18)之内。
5.根据权利要求1、权利要求4所述的多功能地震探测与预报装置，其特征是在岩石层中，设置一个岩石层应力变化显示井(2)，在岩石层应力变化显示井(2)之上，等距离的设置一组由水平式岩石层应力变化探测装置(6)构成的岩石层应力变化探测装置，该装置主要由压力传感器(23)、多功能探测井壁压力调整装置(24)、传感器信息读取装置(25)等构成。这其中，压力传感器(23)位于多功能探测井外壁的四周的，通过一个具有内外壁密封功能的传感器信号传输装置与探测井内壁联通，多功能探测井井壁压力调整装置(24)、传感器信息读取装置(25)位于探测井内。
全文摘要
一种多功能地震探测与预报装置，通过采用在岩石层中设立网络式的多功能探测井及声纳管的方法，探测岩石层在发生破裂时所产生的音频信号和地震信号。通过采用激光探测多功能探测井发生的垂直变形的方法，经过函数计算，来测算岩石层的水平应力变化。结合卫星对地面变化和地磁变化的观测，来对地震以及地震前后自然环境所表现出的现象进行系统的观测与分析，从而对地壳岩石层的变化以及将会发生的地震做出一个比较准确与系统的预测。
文档编号G01V1/28GK1948998SQ20061012926
公开日2007年4月18日 申请日期2006年11月8日 优先权日2006年11月8日
发明者梁富泉 申请人:梁富泉