一种用于地震前兆监测的地下氦气监测方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种用于地震前兆监测的地下氦气监测方法和系统。该氦气监测方法包括步骤水气分离、渗透检测、信号转换和显示处理，监测系统包括集气装置、渗透气室、数据采集单元、显示处理单元。使用该氦气监测方法和系统能够实现对动态和静态地下水进行连续稳定的水气分离，有效提取地下水中所含氦气，然后在渗透气室内通过渗透膜渗透到真空系统，改变真空系统钛泵的工作电压来监测氦气的浓度变化。该方法和系统稳定可靠、对地下水中氦气的监测精度高、并且适用于不同的地下水环境。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种氦气监测方法及系统，特别是涉及一种用于地震前兆监测的地下氦气监测方法及系统。
技术介绍
近些年我国及周边地区地震频发，涉及地域范围广、危害大。为此，对于地震前兆即地震发生前出现的异常现象进行监测的各种方法手段成为地震研究的重要内容和热点。其中，地下流体，如地下水(井水、泉水、地下层中所含的水)、石油和天然气、地下岩层中还可能贮存一些其它气体。用仪器监测这些地下流体的化学成份和某些物理量，研究它们的变化情况可以帮助人们预测地震。其中，氦是一种稀有气体，它具有化学惰性和强扩散能力(是氡的7.4倍)。在通道良好的条件下，可迁移至更远处，氦可与流体一起沿构造带渗透，由深部向地表垂直迁移。当地震发生时，来自地下的氦气流随着岩石的动力负荷增加而增长。氦自身的这些性质决定了它可以作为反映地震前兆指标的灵敏组分之一。在现有技术中，对地下水中氦气监测的方法手段中主要存在以下问题：一是连续自动监测问题。地下水中的氦气处于一种连续动态变化过程中，与地域、年份、季节、月份、环境温度等多种因素有关，而要实现对地震前兆监测，则必须要对地下水中的氦气进行长时间、连续性的自动化监测和分析，例如短时变化监测情况、历史同一时期对比监测情况等，这样才能对氦气出现的异常情况做出准确分析和判断。现有技术中，还存在人工采集氦气的方法,主要是以鼓泡的形式将溶解在地下水中的氦气析出进行氦值的测定。随着地震监测预报需求的提高,要求进行连续观测，人工方式的氦气监测技术显然无法满足需求。二是监测精度问题。将地下水中溶入的气体分离后再汇集起来进行浓度检测，该过程需要尽可能将气体从地下水中分离充分，并且整个过程需要处于持续稳定的状态，否则会因为水气分离操作不稳定而影响氦气的采集及浓度变化。三是适用性问题。根据地下水的流动状态不同，可以分为自流井水，例如地下不断涌出的动态泉水，这种自流井水处于动态流动的状态；还有静水位观测井水，例如地下多处汇集在一起的静态井水，这种观测井水基本上处于静止状态。这样，对不同状态的地下水进行氦气分离时所采用的方法手段要有针对性，以适应不同的应用条件。基于上述原因，有必要提供一种用于地震前兆监测的地下氦气监测方法及系统，能够对地下水进行稳定持续的水气分离，连续自动对分离出的氦气含量进行检测，并且适用于多种地下水应用环境。
技术实现思路
本专利技术主要解决的技术问题是提供一种用于地震前兆监测的地下氦气监测方法及系统，解决现有技术中对地下水中氦气监测难以做到稳定连续自动监测，以及监测精度不高、适应地下水环境受限等问题。为解决上述技术问题，本专利技术采用的一个技术方案是：提供一种用于地震前兆监测的地下氦气监测方法，包括：水气分离，连续从地下水中分离出水中所含的氦气，将分离出的该氦气汇集并连续输出，经过干燥处理后，输入到渗透气室；渗透检测，在该渗透气室内，该气体先经过渗透膜将氦气渗透到连接有钛泵的真空系统中，该氦气的变化量转换为钛泵的工作电压变化量，由此改变该钛泵的工作电压；信号转换，将该钛泵的工作电压经过放大器放大后，再进行模数转换，得到反映氦气含量的数字信号；经过放大器放大后，再进行模数转换，得到反映氦气含量的数字信号；显示处理，对该数字信号进行显示、传输、存储以及分析处理，用以说明氦气含量的动态变化情况。在本专利技术用于地震前兆监测的地下氦气监测方法的另一个实施例中，该连续从地下水中分离出水中所含气体的方法是：该地下水连续流动，经过垂直自由落体运动，落到溅水台后溅起大量水滴，实现水与气体分离，该水滴汇集后排出。在本专利技术用于地震前兆监测的地下氦气监测方法的另一个实施例中，该连续从地下水中分离出水中所含气体的方法是：该地下水位于地井中，向该地井的水面以下连续鼓入气泡，该气泡进入地下水后向上漂浮，同时附带该地下水中所含气体一起溢出，实现水与气体分离。本专利技术还提供了一种用于地震前兆监测的地下氦气监测系统，包括用于采集地下水中气体的集气装置，该集气装置的集气管道出口与渗透气室的进气口密闭连接，经过水气分离后的气体进入该渗透气室后，先经过渗透膜将氦气渗透到连接钛泵真空系统中，将氦气变化量转换为钛泵的工作电压变化量，由此改变所述真空系统的钛泵工作电压，未被渗透膜渗透的气体从该渗透气室的出气口排出，该钛泵工作电压再经过放大器放大后，通过电缆线传输到数据采集单元进行模数转换形成数字信号，再输出到显示处理单元进行显示、存储以及分析处理。在本专利技术用于地震前兆监测的地下氦气监测系统的另一个实施例中，该集气装置为底部封闭、顶部设置有开口管道的透明圆柱形壳体，该圆柱形壳体的顶部为半球体，该开口管道包括进水管道，该进水管道设置在该顶部半球体的一侧，并与该圆柱形壳体的垂直中轴线成倾斜夹角，该进水管道向下垂直延伸形成一个不接触该圆柱形壳体底部的出水端口，该集气管道设置在该圆柱形壳体顶部半球体的中心处，在该圆柱形壳体的下部还设置有排水管道，在该圆柱形壳体底部内侧还设置有向上延伸且高于该排水管道出口的溅水台，该溅水台不接触该出水端口。在本专利技术用于地震前兆监测的地下氦气监测系统的另一个实施例中，该开口管道还包括进气管道，该进气管道与所述进水管道相对应设置在该半球体的另一侧，并与该圆柱形壳体的垂直中轴线成倾斜夹角，该进水管道与进气管道在该圆柱形壳体内部汇接在一起，该进气管道与该渗透气室的出气口密闭连接。在本专利技术用于地震前兆监测的地下氦气监测系统的另一个实施例中，该集气装置包括底部开口并且浸入地下水中的圆柱形壳体，该圆柱形壳体的上部口径缩小并向上延伸为气管，该气管伸出地下水平面，在该气管的顶部设置有进气管道和集气管道，该进气管道的进气端连接鼓泡装置，该进气管道垂直向下延伸且在其出气端连接气泡分离器，该气泡分离器也浸入地下水中且罩入该圆柱形壳体内。在本专利技术用于地震前兆监测的地下氦气监测系统的另一个实施例中，该集气管道出口与渗透气室的进气口之间密闭串接有输气软管和气体干燥装置。在本专利技术用于地震前兆监测的地下氦气监测系统的另一个实施例中，在该输气软管和气体干燥装置之间还串接有用于收集该输气软管内部水分的集水装置。在本专利技术用于地震前兆监测的地下氦气监测系统的另一个实施例中，该集气装置的进水管道沿水平方向设置开口，经方向转换后沿竖直方向延伸且管道口径渐缩，直至形成最小口径为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于地震前兆监测的地下氦气监测方法，其特征在于，水气分离，连续从地下水中分离出水中所含气体，将分离出的气体汇集并连续输出，经过干燥处理后，输入到渗透气室；渗透检测，在所述渗透气室内，所述气体先经过渗透膜将氦气渗透到连接有钛泵的真空系统中，所述氦气的变化量转换为钛泵的工作电压变化量，由此改变所述钛泵的工作电压；信号转换，将所述钛泵的工作电压经过放大器放大后，再进行模数转换，得到反映氦气含量的数字信号；显示处理，对所述数字信号进行显示、传输、存储以及分析处理，用以说明氦气含量的动态变化情况。

【技术特征摘要】
1.一种用于地震前兆监测的地下氦气监测方法，其特征在于，
水气分离，连续从地下水中分离出水中所含气体，将分离出的气
体汇集并连续输出，经过干燥处理后，输入到渗透气室；
渗透检测，在所述渗透气室内，所述气体先经过渗透膜将氦气渗
透到连接有钛泵的真空系统中，所述氦气的变化量转换为钛泵的工作
电压变化量，由此改变所述钛泵的工作电压；
信号转换，将所述钛泵的工作电压经过放大器放大后，再进行模
数转换，得到反映氦气含量的数字信号；
显示处理，对所述数字信号进行显示、传输、存储以及分析处理，
用以说明氦气含量的动态变化情况。
2.根据权利要求1所述的用于地震前兆监测的地下氦气监测方
法，其特征在于，所述连续从地下水中分离出水中所含气体的方法是：
所述地下水连续流动，经过垂直自由落体运动，落到溅水台后溅起大
量水滴，实现水与气体分离，所述水滴汇集后排出。
3.根据权利要求1所述的用于地震前兆监测的地下氦气监测方
法，其特征在于，所述连续从地下水中分离出水中所含气体的方法是：
所述地下水位于地井中，向所述地下水中连续鼓入气泡，所述气泡进
入地下水后向上漂浮，同时附带所述地下水中所含气体一起溢出，实
现水与气体分离。
4.一种用于地震前兆监测的地下氦气监测系统，包括用于采集
地下水中所含气体的集气装置，其特征在于，所述集气装置的集气管
道出口与渗透气室的进气口密闭连接，经过水气分离后的气体进入所
述渗透气室后，先经过渗透膜将氦气渗透到连接钛泵真空系统中，将
氦气变化量转换为钛泵的工作电压变化量，由此改变所述真空系统的
钛泵工作电压，未被渗透膜渗透的气体从所述渗透气室的出气口排
出，所述钛泵工作电压再经过放大器放大后，通过电缆线传输到数据
采集单元进行模数转换形成数字信号，再输出到显示处理单元进行显

\t示、存储以及分析处理。
5.根据权利要求4所述的用于地震前兆监测的地下氦气监测系
统，其特征在于，所述集气装置为底部封闭、顶部设置有开口管道的
透明圆柱形壳体，所述圆柱形壳体的顶部为半球体，所述开口管道包
括进水管道，所述进...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴清荣，
申请(专利权)人：吴清荣，
类型：发明
国别省市：河南;41