根据新地震理论提前监测大地震的地下单井四道正向分布式方案
(1)所属技术领域
1.本发明属于地球科学、大地震监测预报、电子信息领域，具体涉及可提前监测大地震的地下监测方案的单井四道正向分布方案。
2.(2)该行业的技术发展现状
3.目前大地震提前监测预报仍是国际难题，原因是大地震产生机理不明。大地震监测预报仍在探索之中。现有老地震理论学说的理论模型是：地下板块运动，引起地壳板块冲撞挤压，应力积累到一定程度，板块断裂，出现大地震。根据此理论学说，许多大地震前兆现象难以解释，据历史记载深源大地震的震中常发生在地下200公里以上深度，那里全是岩浆，无板块，大地震是怎么产生的呢？无人能回答。几十年来，没能真正有效提前监测预报大地震。无奈只好研制些探索性的地震探测仪器用于总结规律，因没有正确的理论模型和有效的监测方案，几十年来探索总结的规律都不能成为规律，下次又变了；有人认为地震不可预测；近年国外有人根据大地震的机械振动波以声速传播，而地震射线以光速传播的时间差，提前十几秒预测大地震到来，但提前十秒预警已来不及，其实质仍是地震发生后监测到的，不属真正提前预测；近年发射地震探测卫星仍是用于探索地震，虽发现大地震前红外辐射异常变化、电离层波动等现象，但仍未揭示大地震机理，认为电离层变化和天气变化属于巧合，仍无法有效监测预报大地震；民间有人根据观查地震云预测大地震，虽有时可凑效，但无理论依据和理论模型，只是观查云层变化现象的猜测，更无理论根据和监测数据，无法作为有效预测大地震依据。总之，目前尚无准确、科学、有效监测预报大地震的理论模型和监测方案及仪器系统。
4.目前探索性监测地震前参数变化的仪器有多种，主要有地磁监测、地电监测、地壳相对位移监测、地下氡气监测等。但都是用于探索性监测地震前后数据变化，用于总结探索规律。但每次总结的规律，都不能成为规律，下次又变了。如海城大地震前有小地震，人们有所准备，后发生大地震，伤亡很小。根据海城地震，总结的规律是：大震前有小震。到唐山大地震前，没有小震，人们用已总结的规律判别，没有小震不会有大震，忽视部分异常现象，结果突然发生大地震，死伤严重。2008年汶川大地震前，也没有出现小震，而出现许多天空彩虹、佛光、地震云、异常天气等现象，因当时没有揭示大地震理论机理和有效监测理论方案及仪器，这些现象被忽视，仍根据规律：没有小震，不可能有大震，没有防备，结果大地震突发，又是一场大灾难。这样的灾难国内近代有多次，国外更是无数，中国古代历史记载的大地震大灾难更是无数。目前：大地震仍是不可预测，仍无有效提前预测大地震的理论方案和监测仪器及系统。
5.现有探索性监测地震的仪器主要还有：精确监测地面相对位置变化；地磁变化、地电及地下导电率变化；地下氡气产生情况；地震卫星探测等，这些探索性的仪器监测目标主要是地下，但这些精密仪器都没有作用。关键是没有揭示大地震产生机理，没有正确的理论指导，不知道监测哪些参数互相配合才有效，都是被动地探索性地监测地震前后数据变化，用于总结探索规律，但每次总结的规律都不能成为规律，如上所述。
6.总之，目前虽有多类精密仪器设备，但都无监测效果，目前仍无有效预测大地震的理论方案和监测仪器及系统。甚至有人认为大地震不可预测。有哲学家认为，揭示大地震有待新科学理论的出现。
7.(3)现有技术中存在的缺陷
8.近年国外出现有提前十几秒监测大地震到来的仪器方案，其实是大地震发生后，根据地震声波与地震射线波传播速度差，提前约十几秒监测到大地震射线，用来提前十几秒预警大地震。原理是：地震射线地下传播速度是接近光速，每秒约30万公里；而地震波是机械波，传播速度近似声波，每秒约1km左右。一般大地震的震源深度为10km左右，破坏性的机械波传到地面约需十秒左右，射线到地面时间可忽略，由此可提前十几秒监测到。实质还是震后提前十几秒监测到。提前十几秒基本没作用，从告知到所人们躲避已来不及，对预防灾害作用不大。
9.近年中国发射地震探测卫星，也是用于探索地震前地面及高空变化情况，发现大地震前有电离层波动现象，但没能从理论角度揭示出地震孕育发展过程模型，认为电离层变化和天气变化属于巧合。现仍是依据老地震理论结构地震学为理论依据进行探索。
10.虽然早年已有监测地磁变化来总结地磁与大地震发生前的变化规律，总结多次后，有时大地震前监测的地磁方向并无变化，又认为地磁变化与大地震无直接关系。虽地磁、地电变化都探索性测试多年，但仍无有效提前监测预报大地震的理论方案及仪器设备；地电探索主要是监测地下电阻率变化，迄今也未总结出切实可靠的规律来预测大的震，问题仍是没有揭示大地震发生机理，没理论目标可遵循。
11.有人根据地震云出现的规律，来预测大地震，虽可部分凑效，但因没有揭示大地震孕育过程和机理，并不知地震云产生的真正原因，没有正确的科学依据，属于经验规律总结，看见地震云估计近些天可能发生地震，发生在多远？量级多大？位置在哪？却无根据所依，出现地震了就说测对了，其实全球几乎每几天都有地震发生，说对的几率会很大，有人认为是巧合。总之，看地震云猜测地震，无法作为有效的地震预测信息，更不可能用数据来有效预测大地震。
12.总之，现技术缺陷是：没有真正揭示大地震产生机理。用板块运动和断裂产生的地壳榥动、摆动来认识和解释大地震，是片面的，其只适用解释地动性质的小地震，不适用解释大地震现象。其实，地动与大地震机理不同，不能混为一坛，大地震另有新的孕育过程和机理未揭示。因许多深源大地震发生在深度为三十公里至二百多公里深处，地下十几公里深度已是岩浆，不存在板块断裂，深源大地震是怎样产生的呢？现地震理论无法解释；又如：大地震前发现无规律的强无线电波，电台、雷达等受干扰阻断，大地震前板块挤压断裂前如何产生强大无线电波的呢？现地震理论也是无法解释；等等难解现象说明现地震理论存在缺陷问题。将地壳板块运动和晃动产生的地动与大地震混为一谈，也是个理论缺陷。其根本原因是，没有新科学理论的揭示和出现，没法揭示和解释大地震。
13.迄今，地震提前监测预报仍无可行的理论方案和实施方案，目前地震监测预报仍是难题。最大缺陷问题是大地震机理不明，无有效的监测方案，更无提前有效监测大地震的仪器设备方案。
14.(4)本发明要解决的技术问题或发明目的
15.郑五星新地震理论，是从研究实验30多年揭示的新科学理论角度，揭示了大地震
孕育过程和机理，经2年考察历史记载大地震现象，所有现科学难以解释的地震现象，包括前兆和余震现象，都与理论现象完全吻合，证实新理论正确，同时使这些现科学难以解释的地震现象得到正确解释。大地震实际现象已证实了新地震理论正确。
[0016][0017]
按照新地震理论完全可以提前1-2天有效监测大地震孕育发展情况及孕震中心位置。
[0018]
本发明的系列专利，根据国家研讨会认同的郑五星新地震理论成果
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揭示地震孕育过程和机理，设计出可提前1-2天有效监测大震地的系列仪器设备方案。而本专利申请案是本系列专利的地下监测方案的单井四道正向分布方案，属系列专利的一个分案。
[0019]
本系列专利的目的是：希望解决大地震提前1-2天有效监测预报问题。本案专利的作用是解决地下监测方案中的地下监测分布方式的优化方案。
[0020]
本专利案是一个分案，是地下监测方案中的单井四道正向分布方式的详细方案。所谓正向分布方式是：四个探测板分别位于探测中心的正东、正西、正南、正北方向；另一种的斜向分布是四个探测板分别位于探测中心的东南、西南、西北、东北方向，见另案申请。
[0021]
本发明系列专利总体分为：天空监测部分、地下监测部分、综合监测部分。其地下监测部分又分为地下监测仪器部分和地下安装分布方式两部分；地下安装分布方式又分为：四井一种中心正向分布方式；四井一种中心斜向分布方式；三井带中心分布方式；单井四道正向分布方式；单井四道斜向分布方式；单井两道式分布方式，六种设计方案，以适用不同现场环境。
[0022]
关于大地震的提法的说明。老地震理论研究的是板块运动，板块运动产生的是地面晃动，小的缓慢晃动，有时感觉不出来，大的晃动感觉出来，按新理论的分类称地动或小地震。
[0023]
本发明揭示大地震产生并非板块断裂引起，是另一种新的机理产生大的短时间连续大爆炸现象。揭示大地震孕育过程是：在板块运动后，通过“隐性物质耦合”(新科学理论的新名词)引动周边几百公里范围天空能量逐步积累集聚到中心点，然后下移入地，引发地下大爆炸。大地震需要经过一系列孕育发展过程，能量从天空逐步集聚，到引入地下，最后产生地下能量大释放。大地震与板块运动产生的小地震性质不同，有危害的是大地震。本专利申请中为区别地动式的小地震，将新机理引起的地震称大地震。
[0024]
系列专利分为多个发明与实用新型专利分案申报。
[0025]
本专利分案的作用：是配合总体方案，用单井四道正向分布方式，监测地下电流矢量、电位差矢量，设计出更优化、简单的地下监测分布形式。
[0026]
(5)本发明分案的内容
[0027]
本发明的单井四道正向分布方案，其原理特征是，通过周边四个监测板监测地下微电流矢量的水平2维方向，单井的深、浅探测板监测垂直方向分量的数据；中心仪器监测数据，经终端网络发射装置，传入数据云中心；其主要由：中心探测井、中心探测井深、浅探测板、四道远端的的四个浅谈测板、四个穿线管道或隧道、中心水泥基座、中心仪器、太阳能供电板、不间断供电电源、无线发射天线、网络接口、防护室所组成，详见实施案例。
[0028]
此方案比较简单，便于在要求不高的地方应用推广。
[0029]
其组构形式是：地面中心水泥基座；分布在东、西、南、北四个方向的四个浅探测板
中心；中心仪器；中心光伏供电部分；中心信号传输部分；东西南北四个浅探测板，为金属探测板；东西南北四个浅探板到中心的连接线；东、西、南、北、四个穿线管道或隧道；其他附件所组成，详见实施案例。
[0030]
分布和连接形式：东西南北四个浅探测板分别分布在仪器中心的正东、西、南、北方向，距离中心约50密至500米，或更远；中心井位于仪器中心的下面，直径150mm以上即可，可根据钻井深度和转井工具方便性决定，以保证深处金属探测板安放及连接线的敷设，井深约十多米到数百米，根据地理位置要求所定；井深浅与距离中心远近及井大小并不是绝对的，主要是根据总体要求，以完成电流矢量监测的需要；各个深、浅探测板到中心的连接线，用外覆绝缘程度高、耐腐蚀性能好的绝缘线，且强度高不易断裂。联结方式：中心井深探测板联结深连接线一头，通过井筒，另一头联结到中心仪器接线端；中心进口的浅探测板经连接线联接到中心仪器接线端；东、西、南、北四个穿线管道或隧道，分别分布于中心仪器正东、正西、正南、正北方向上，简称四道；四个浅监测板的连接线，分别穿过四条穿线管道或隧道，联接到中心仪器接线端；
[0031]
此地下下分布方式，配合中心监测仪器，可以监测地下电流大小和方向矢量，包括东西方向分量、南北方向分量、上下方向分量，为提前监测地震孕育发展情况提供有效的地下数据。
(6)附图说明
[0032]
附图1是提前监测大地震之地下方案的单井四道正向分布方式的地面和地下东西向截面图。图1中，gnd为地面；tqd为东井浅探测板；lqd为东浅探测板连接线；gdd为东浅探测板至中心的穿线管道或隧道；tqx为西浅探测板；lqx为西浅探测板连接线；gdx为西探测板至中心的连接线管道或隧道；tsj为中心井底深探测板；jz为中心探测井；lsj为中心井底深探测板到地面中心的联接线；tqj为中心浅探测板；lqj为中心浅探测板到地面中心的联接线；zcp为中心水泥基座；yq为监测点中心仪器，内置不间断供电电源pow；gfb为光伏板； at为数据发射天线；fhs为地面监测点防护室；图中汉字“东”用以标明箭头指向为东；汉字“西”用以标明箭头指向为西；汉字“地下”两字用以标明箭头指向地下。
[0033]
附图2是提前监测大地震的地下方案的单井四道正向分布方式的地面和地下南北方向截面图。图1中，gnd为地面；tqn为甫浅探测板；lqn为南浅探测板连接线；gdn为南浅探测板至中心的穿线管道或隧道；tqb为北浅探测板；lqb为北浅探测板连接线；gdb为北探测板至中心的穿线管道或隧道；tsj为中心井底深探测板；jz为中心探测井；lsj为中心井底深探测板到地面中心的联接线；tqj为中心浅探测板；lqj为中心浅探测板到地面中心的连接线； zcp为中心水泥基座；yq为监测点中心仪器，内置不间断供电电源pow；gfb为光伏板；at 为数据发射天线；fhs为地面监测点防护室；图中汉字“南”用以标明箭头指向为南；汉字“北”用以标明箭头指向为北；汉字“地下”两字用以标明箭头指向地下。
[0034]
附图3是地下监测方案的单井四道正向分布方式的总体分布简图。图3中，tqd、tqx、tqn、tqb分别为东、西、南、北四个方向的浅探测板，用导电金属板或金属网制作；lqd、 lqx、lqn、lqb分别为东、西、南、北四方向的浅探测板到中心的连接线；gdd、gdx、gdn、 gdb分别为东、西、南、北四方向上的穿线管道或隧道；jz为中心探测井；lsj为中心井底深探测板到地面中心的连接线；tqj为中心浅探测板；lqj为中心浅探测板到地面中心的连接线；zcp
为中心水泥基座；zcxk为水泥基座上的出线孔。
[0035]
附图4是地下监测方案的单井四道正向分布方式的中心监测仪器内部电路原理方框图。附图4中：lqd、lqx分别为东、西两边浅探测板的接线端；lqn、lqb分别为南、北两边浅探测板的接线端；lqj为中心井口浅探测板的接线端；lsj为中心井底浅探测板的接线端；f1、 f2、f3、分别为高精密运算放大器；add为单片机控制的模拟\数字转换器；dpzyk为数字式幅度监测与增益控制电路；dpjfx为数据暂存与预处理电路；bmjm为数据发射前的编码处理电路；cksf为数据传输接口电路；at为无线发射天线；wjk为对外网络接口电路；pow为不间断供电电源；dc+为正电源输入端；dc-为负电源输入端；kzzx为多路并行或串行增益控制线，为简明用单线带箭头表示。
[0036]
(7)实施方案
[0037]
本发明的地下监测方案的单井四道正向分布方式的组构方案，其特征是：由中心探测井 jz；中心仪器yq；中心探测井的浅探测板tqj；井底深探测板tsj；东、西、南、北四方向上的四个浅探测板tqd、tqx、tqn、tqb；井底深探测板tsj联接到中心的连接线lsj；井底深探测板tsj联接到中心的连接线lsj；井口浅探测板tqj到中心的联接线lsj；东、西、南、北四个浅探测板到中心的连接线lqd、lqx、lqn、lqb；四个浅探测板到中心的穿线管道或隧道gdd、gdx、gdn、gdb、；中心水泥基座zcp；水泥基座上的出线孔zcxk；光伏板gfb；不间断供电电源pow；数据发射天线及馈线at；地下监测点防护室fhs；所组成。结构图见附图1、附图2、附图3。
[0038]
其结构关系是：四个穿线管道或隧道gdd、gdx、gdn、gdb分别分布于中心的正东、正西、正南、正北方向；东、西、南、北四方向上的四个浅探测板tqd、tqx、tqn、tqb分别位于中心点正东、正西、正南、正北方向，距探测中心点的距离通常情况下相等，特殊情况可不相等，距离大约30米至500米乃至上千米，根据地理位置及系统要求决定；四个浅探测板tqd、 tqx、tqn、tqb分别联接连接线lqd、lqx、lqn、lqb一端，连接线lqd、lqx、lqn、lqb分别穿过穿线隧管道或隧道gdd、gdx、gdn、gdb，另端分别联接到中心仪器yq输入端子lqd、 lqx、lqn、lqb；井底金属探测板tsj紧固链接于外覆绝缘层连接导线lsj的一端，外覆绝缘层联结导线lsj经井筒联接到地面，另一端连接到中心接线端再连接到中心仪器yq的输入端子lsj；井口的浅探测板tqj经短连接线lqj连接到中心仪器yq的端子lqj；中心水泥基座zcp位于东西南北四个浅探测板tqd、tqx、tqn、tqb中心位置，安装于地面下并露出地面上一定距离，以便于安放中心仪器，水泥基座zcp内有进出线穿线孔，进出线孔分别与四个穿线隧道连通，便于联接线通过；中心仪器yq，通过绝缘板或木板安放于水泥基座zcp上面，也可直接安放于zcp上面；光伏板gfb和不间断供电电源pow安装于水泥基座zcp上面，方向可调整以获最大采光量，或通过安装支撑架安装于中心地面上；无线发射天线和馈线，安装于中心仪器yq上，或通过延长馈线安装于防护室fhs外；防护室fhs覆盖中心仪器设施。太阳能光伏板固定于防护室fhb外朝向太阳光，或固定于带透光玻璃的防护室fhs内。
[0039]
所述的地下监测中心仪器yq，原理方框图如图4，其内部结构特征是：由数控增益高精密运算放大电器f1、f2、f3；单片机控制的模拟\数字转换器add；数字式幅度监测与增益控制电路dpzyk；数据暂存与预处理电路dpjfx；数据发射前的编码处理电路bmjm；数据传输接口电路cksf；多路并行或串行增益控制线kzzx；对外网络接口电路wjk；东、西、南、北四个浅探测板输入接线端lqd、lqx、lqn、lqb；中心井深探测板输入接线端lsj；中心探测井浅
探测板接线端lqj；不间断供电电源pow；无线发射天线at；网线接口wjk；正、负电源输入端dc+、dc-所构成。
[0040]
其联接关系是：数控增益高精密运算放大电器f1的2输入端分别接南、北浅探测板输入接线端lqn、lqb；同理，f2的2输入端接东、西浅探测板输入接线端lqd、lqx；f3的2输入端分别接中心探测井浅、深探测板输入接线端lqj、lsj；数控增益高精密运算放大电器f1 至f7输出端分别接单片机控制的模拟\数字转换器add的多路摸拟输入端；add的数据线联结数字式幅度监测与增益控制电路dpzyk，dpzyk输出的增益控制信号，经多路并行或串行增益控制线kzzx分别接f1至f7的增益控制输入端；add的数据线同时联结数据暂存与预处理电路dpjfx；dpjfx输出数据联接数据发射前的编码处理电路bmjm；经bmjm编码处理数据串行发送数据联接到接口电路cksf；cksf调制解调信号一路接无线发射天线at，另一路联接网线接口wjk，两路网络传输方式供选择；不间断供电电源pow的输入端分别联接正、负电源输入端dc+、dc-，稳压输出端分别联接中心仪器各电路的供电输入端。
[0041]
位于探测中心东、西、南、北的四个穿线管道或隧道gdd、gdx、gdn、gdb，简称四道。
[0042]
本案所述的单井与周边四道及探测中心位置分布关系，其特征是：东、西、南、北四道，分别位于中心的正东、正西、正南、正北方向。所述的单井是中心探测井，周边四个穿线管道或隧道称四道。
[0043]
所述的四个穿线管道或隧道与探测中心仪器的位置关系，其特征是：东、西、南、北四个穿线管道或隧道gdd、gdx、gdn、gdb，分别位于中心的正东、正西、正南、正北方向，方向角度有点偏差影响不大；每个穿线管道或隧道一头衔接中心水泥基座zcp，另一头是由中心延伸到东、西、南、北四个浅探测板；穿线管道或隧道长度根据不同现场要求设定；中心仪器yq位于中心探测井jz上方，同时位于东、西、南、北四道中心。
[0044]
所述的单井四道分布方式，另有一种方案是：四道位于中心的东南、西南、西北、东北四个方向，称单井四道斜向分布方式，也可监测此类数据，见另案申请。
[0045]
所述的不间断供电电源pow，其特征是由内部蓄电池和稳压电路及输入电压自适应切换控制电路所组成，其连接关系是：不间断供电电源pow的输入端联接蓄电池，蓄电池输入联接电压自适应切换控制电路输出，光伏发电板gvb输出端联接电压自适应切换控制电路输入端；不间断供电电源pow输出端联接中心仪器供电输入端；根据不同现场需要，不间断供电电源pow供电输入端还可分别联接市电供电、风力发电供电、原子能电池供电、及其他新能源供电的输出端，形成综合储能供电方式。根据现场情况，可以组成市电与太阳能综合供电方式；市电与风电综合和供电方式；风电与太阳能综合供电方式等，其供电部分的内部结构属现有技术，相对比较简单，在此不多叙述。
[0046]
本案所述的其他各部分，其特征是：所述的其他各部分，在符合总体布局基础上各部分细节还可优化完善改动，细节改动仍可实现本方案功能，本案不可能更详尽叙述，同行技术人员在整体方案基础上的细节改动，仍属该专利保护范围。如不装太阳能板，用市电供电、风力发电或用原子能电池供电代替光伏板发电供电等等。
[0047]
(8)本发明的先进优特点
[0048]
四单四道正向分布方案，其先进特点是：可以较完整的监测地下电流矢量、地下电位矢量，但不可测地下电流梯度和方向。中心井的深、浅探测板tqj、ts1监测竖直方向上的电流分量，可是正、负数值；南、北两道的深、浅测板tqn、tqb监测甫、北方向上的电流分量，
可正、负数值；东、西两道的深、浅探测板tsd、tsx监测东西方向上的电流分量，可正、负数值；竖直方向与东西方向分量和南北方向分量，构成该监测点三维地下电流矢量、电位差矢量数据，网络传送数据到中心，供整体监测分析，为分析大地震所用。
[0049]
(9)意义和积极效果
[0050]
本发明的大地震地下监测方案的单井四道正向分布方案和仪器设备结构，可完整地监测地下三维电流矢量、三维电位矢量，还可兼顾监测地下电阻率、导电率参数。监测数据送云中心分析，配合其他监测点数据，可望能提前监测分析出大地震孕育情况和孕震中心位置，有望大地震能有效地提前1天监测出来。