隐伏断层探测仪器及分析方法技术

本发明专利技术公开了一种隐伏断层探测仪器及分析方法，探测仪器包括探针、信号电缆、前置输入模块、信号调理模块、DSP处理模块，其特征在于：前置输入模块通过两段信号电缆连接16根插入地表的探针以接收天然瞬变电磁波穿透地层在地面形成的分布电场信号并直接和通过信号调理模块传输到模数转换模块，DSP处理模块接收模数转换模块的输出数据并输出逻辑控制信号至模数转换模块、信号调理模块和前置输入模块的控制端；上位机读取探测仪器保存的探测数据经分析处理后提取隐伏断层特征信息及参数并据此分析隐伏断层的埋藏深度、存在状态、导流水量。本发明专利技术探测结果唯一、定位精度高，可在工程建设、矿产开采中广泛应用。

【技术实现步骤摘要】

本专利涉及一种地球物理勘探用的探测仪器及探测方法，尤其是一种用于地下隐伏断层探测的探测仪器和分析方法。
技术介绍
断层是指岩体在构造应力的作用下发生断裂且断裂面两侧岩体有明显相对位移的构造现象；而隐伏断层是在地表无出露，潜伏地表以下的断层；隐伏的原因可能是：切穿基岩的断层被新沉积物覆盖，断层被侵位岩体占据，形成于地下深处且断层面没有切穿至地表的盲断层。对于断层等地质构造，地质学者可通过对地表地质的观察，结合构造规律和工作经验情况做出一定程度的推测，但在断层无露头或出露不明显的地段，只能通过物探、钻探或其他地质工程来验证。地球物理探测(物探)通过少数观测点获得的数据去推测地下研究对象的状况，这个推测过程就是地球物理学中的反演问题。在反演过程中会因观测时很多干扰因素的影响而出现误差，即使在观测精度很高、干扰因素很小的情况下，反演过程都存在多解性。断层不仅对岩体的稳定性和渗透性、地震活动和区域稳定有重大的影响，而且是地下水运动的良好通道和汇聚的场所；在规模较大的断层附近或断层发育地区，常赋存有丰富的地下水资源。在断层分布密集的断层带内，岩层一般都受到强烈破坏，产状紊乱，岩体裂隙增多、岩层破碎、风化严重、地下水多，从而降低了岩石的强度和稳定性；同时伴有沟谷斜坡崩塌、滑坡、泥石流等不良地质现象发育。因此，在工程建设、矿产开采中，必需准确探测和查明断层、特别是隐伏断层的分布情况。（1）路基：断层破碎带的岩体松散，节理也很发育，常是地下水活动的通道，加之断层面倾基，所以当挖方边坡与断层带平行时，极易产生滑塌；特别在安排河谷路线时，要注意河谷地貌与断层构造的关系，当路线与断层走向平行，路基靠近断层破碎带时，由于开挖路基，容易引起边坡发生大规模坍塌，直接影响施工和公路的正常使用。（2）桥基：勘测时，要注意查明桥基部分有无断层存在，及其影响程度如何，以便根据不同情况，在设计基础工程时采取相应的处理措施；应尽可能的避开断层破碎带，因桥基岩体破碎，易风化渗水，受桥基和桥体荷载后出现沉陷，或沿断层破裂面错动的方向，使桥墩发生滑移或倾斜；断裂面对岩质边坡、桥基稳定常有重要影响。（3）隧道：由于岩层的整体性遭到破坏，加之地面水或地下水的侵入，其强度和稳定性都很差，容易产生洞顶坍落，影响施工安全，对工程极为不利，宜选择绕避；当隧道轴线与断层走向平行时，应尽量避免与断层破碎带接触，若不能绕避则应与断层构造线呈直交或近乎直交穿越；在确定隧道平面位置时，要尽量设法避开大规模的断层破碎带。（4）地基：由于断层破碎带力学强度低、压缩性大，降低了地基的强度和稳定性，建于其上的建筑物因地基的较大沉陷，易造成开裂或倾斜；跨越断层带的建筑物，由于断裂带及其两侧上、下盘的岩性均可能不同，易产生不均匀沉降；断裂带在新的地壳运动的影响下，可能发生新的移动，从而影响建筑物的稳定。（5）矿带：以煤矿为例，在遇到煤层缺失的时候，除了要考虑断层影响外，还应考虑相变的影响，即沉煤当时的沉积环境不同而影响的；应该通过煤层的层间距、岩性组合、化石等特征进行综合分析，避免盲目的掘进开采。（6）煤与瓦斯突出：研究表明煤层高突瓦斯带、低瓦斯带区域范围内断层的分形特征明显，服从分形规律，高突瓦斯带区域内断层的盒维数大，低瓦斯带区域内构造的维数小。（7）矿井突水：断层分维揭示了断裂构造的复杂程度，构造越复杂的区域突水可能性越大；对于隐伏断层十分发育矿区，发生以隐伏断层为突水通道的风险性增加。由于隐伏断层影响工程建设施工、威胁着矿山安全生产，故而做好隐伏断层勘查一直是工程建设、矿产开采中的一个重点研究课题，而做好隐伏断层勘查工作的基础性内容就是要探明断层的分布及富水情况。目前，用于隐伏断层勘查的物探方法主要包括浅层地震法、高密度电阻率法、重力法和大地电磁法等；其共同点是在人工场作用下进行测量，把寻找固体矿产的物探方法应用在隐伏断层探测上。地面仪器测量值反映的是地质体物性综合值，这个物理量所显示的是地下的那种固体矿产或隐伏断层全凭解释者的主观经验。所以上述方法探测隐伏断层的成功率不高，其根源在物探曲线的多解性。能否专利技术一种将隐伏断层与地下固体矿产资源区分开来的物探仪器和分析方法，目前国内外科技界一直没有解决，尚无相关的研究成果和产品报道。
技术实现思路
为了克服上述技术问题，本专利技术公开了一种用于隐伏断层探测的探测仪器和分析方法。本专利技术的技术方案是：一种隐伏断层探测仪器及分析方法，探测仪器包括探针、信号电缆、前置输入模块、信号调理模块、DSP处理模块，其特征在于：前置输入模块通过两段信号电缆连接16根插入地表的探针以接收天然瞬变电磁波穿透地层在地面形成的分布电场信号并直接和通过信号调理模块传输到模数转换模块，DSP处理模块接收模数转换模块的输出数据并输出逻辑控制信号至模数转换模块、信号调理模块和前置输入模块的控制端；上位机读取探测仪器保存的探测数据经分析处理后提取隐伏断层特征信息及参数并据此分析隐伏断层的埋藏深度、存在状态、导流水量。本专利技术中，探针包括探针引线（2-1）、探测杆连接器（2-2）、探测杆（2-3），所述探针引线为连接信号电缆与探针的单芯屏蔽线，芯线用于传输探针接收的瞬变电磁波信号，屏蔽层在正常探测时与仪器内部模拟地连接、在探针连接状态检测时传输检测信号；所述探测杆连接器内含有磁珠（2-4）、电容（2-5）和二极管（2-6），磁珠串接在探针引线的芯线与探测杆连接器的中心插孔之间，二极管与电容并联后串接于探针引线的屏蔽层与探测杆连接器的外壳之间；所述探测杆为一顶部中心安装有与杆体电连接插针的良导电性细长金属圆柱体，通过插接卡紧方式连接到探测杆连接器并将其的中心插孔与外壳短路。本专利技术中，信号电缆包括连接器（3-1）、电缆本体（3-2）、引线加固环（3-3），长度为7.5D的8根单芯屏蔽线绕包外隔离层并总屏蔽编织后挤压外护套而成的电缆本体（3-2）与连接器（3-1）电连接并在其上均匀分布相距为D的8个用于加固探针引线（2-1）的引线加固环（3-3），第一个引线加固环与连接器的距离为0.5D，在每个引线加固环处剪断1根单芯屏蔽线并从靠近连接器一方引出用于连接探针的探针引线（2-1）。本专利技术中，前置输入模块包括A组和B组信号电缆接口、二极管D1~D16、微型继电器JD1、四运放IC1~IC15、单运放IC16、数字控制电位器PR1~PR15、电阻R1~R155、电容C1~C60，实现15通道探针接收信号的程控差分放大、高通滤波和双极性转换，以及信号电缆接入检测、探针连接状态检测和输入本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种隐伏断层探测仪器及分析方法，探测仪器包括探针、信号电缆、前置输入模块、信号调理模块、DSP处理模块，其特征在于：前置输入模块通过两段信号电缆连接16根插入地表的探针以接收天然瞬变电磁波穿透地层在地面形成的分布电场信号并直接和通过信号调理模块传输到模数转换模块，DSP处理模块接收模数转换模块的输出数据并输出逻辑控制信号至模数转换模块、信号调理模块和前置输入模块的控制端；上位机读取探测仪器保存的探测数据经分析处理后提取隐伏断层特征信息及参数并据此分析隐伏断层的埋藏深度、存在状态、导流水量。

【技术特征摘要】
1.一种隐伏断层探测仪器及分析方法，探测仪器包括探针、信号电缆、前置输入模块、
信号调理模块、DSP处理模块，其特征在于：前置输入模块通过两段信号电缆连接16根插入
地表的探针以接收天然瞬变电磁波穿透地层在地面形成的分布电场信号并直接和通过信
号调理模块传输到模数转换模块，DSP处理模块接收模数转换模块的输出数据并输出逻辑
控制信号至模数转换模块、信号调理模块和前置输入模块的控制端；上位机读取探测仪器
保存的探测数据经分析处理后提取隐伏断层特征信息及参数并据此分析隐伏断层的埋藏
深度、存在状态、导流水量。
2.根据权利要求1所述的隐伏断层探测仪器及分析方法，其特征在于：所述的探针包括
探针引线（2-1）、探测杆连接器（2-2）、探测杆（2-3），所述探针引线为连接信号电缆与探针
的单芯屏蔽线，芯线用于传输探针接收的瞬变电磁波信号，屏蔽层在正常探测时与仪器内
部模拟地连接、在探针连接状态检测时传输检测信号；所述探测杆连接器内含有磁珠（2-
4）、电容（2-5）和二极管（2-6），磁珠串接在探针引线的芯线与探测杆连接器的中心插孔之
间，二极管与电容并联后串接于探针引线的屏蔽层与探测杆连接器的外壳之间；所述探测
杆为一顶部中心安装有与杆体电连接插针的良导电性细长金属圆柱体，通过插接卡紧方式
连接到探测杆连接器并将其的中心插孔与外壳短路。
3.根据权利要求1所述的隐伏断层探测仪器及分析方法，其特征在于：所述的信号电缆
包括连接器（3-1）、电缆本体（3-2）、引线加固环（3-3），长度为7.5D的8根单芯屏蔽线绕包外
隔离层并总屏蔽编织后挤压外护套而成的电缆本体（3-2）与连接器（3-1）电连接并在其上
均匀分布相距为D的8个用于加固探针引线（2-1）的引线加固环（3-3），第一个引线加固环与
连接器的距离为0.5D，在每个引线加固环处剪断1根单芯屏蔽线并从靠近连接器一方引出
用于连接探针的探针引线（2-1）。
4.根据权利要求1所述的隐伏断层探测仪器及分析方法，其特征在于：所述的前置输入
模块包括A组和B组信号电缆接口、二极管D1~D16、微型继电器JD1、四运放IC1~IC15、单运放
IC1...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄采伦，王靖，曾照福，吴亮红，范小春，南茂元，
申请(专利权)人：湖南科技大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43