断裂稳定性的评估系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及一种断裂稳定性的评估系统及方法。本发明专利技术的断裂稳定性的评估系统包括若干监测站、一联网计算设备和一评估计算设备，每一个监测站包括至少三个监测电极、监测仪器和本地计算设备，监测仪器与每一个监测电极连接，并检测每组监测测道内两个监测电极之间的电物理量差；本地计算设备根据该电物理量差采用插值法勾勒出断裂破碎带中断裂电场的等势线并将该等势线发送至联网计算设备；联网计算设备根据等势线确定每个断裂电场的压电部位方向的相交部位为断裂破碎带的压电部位，所述评估计算设备将该压电部位的位置参数以及预设的压电部位大小参数输入断裂稳定性评估模型。本发明专利技术的断裂稳定性的评估系统能提高断裂破碎带稳定性评估的准确度。

Evaluation system and method of fracture stability

【技术实现步骤摘要】
断裂稳定性的评估系统及方法
本专利技术涉及地电场探测领域，特别是涉及一种断裂稳定性的评估系统及方法。
技术介绍
断裂电场是指分布于断裂破碎带中及其附近的电场，如图1所示，断裂电场形成的先决条件是压应力的存在，而这种压应力实则就是断裂两盘块体的相互作用力，其从地震的成因中可以阐明。以应力集中来解释形成断裂电场的压电效应中的压力来源后还需有序排列的压电矿物。而大陆地震震源深度多在5-25km之间的所谓“大陆地震层”内的事实，表明断裂面上的应力集中点主要出现在地表以下5-25km的地壳深部，这一深度正是花岗岩层的分布范围。因此当断裂切割至该深度范围，必然会存在有序排列的石英矿物，当断裂两盘发生应力集中时自然而然就会产生压电效应，这也就是断裂中电场的来源。根据上述原理可知断裂压电部位实质上是断面上阻挠断裂两盘发生相对运动的阻碍部位，同时也是潜在的地震发震震源，即压电部位。因此断裂电场的强度只与这一阻碍部位的应力相关，而阻碍部位的大小取决于断面的粗糙程度，与断裂的力学性质和运动学性质无关。如图2所示，压电部位的压电效应可以被视作“电源”，然而这一电源可能存在于地表之下数乃至十数公里的深度，人类要在地表对该电源进行观测，就必须有“导线”这一概念，这一“导线”就是断裂本身。据现有超深钻资料表明，在陆壳深部依然有着水的存在，而在裂隙发育的断裂内，水可作为电流载体，其良好的导电率可使得产生于断裂深部的压电电流到达浅表地区，从而形成断裂电场。对于断裂电场不同部位，其强度亦大小不一，越接近“电源”，电场强度越大。相对于断裂带内部，其上下两盘由于裂隙的不发育，导致了其内含水量远小于断裂带本身，使得两盘基本处于绝缘状态。当断裂带中的压电电流传导至地表，会与浅表水接触从而产生“漏电现象”。换而言之，前述各种方法所测得的震前地电异常实质上就是断裂电场在浅表含水层中的辐射作用所形成的“漏电电场”(见图2)，而这种“漏电电场”实质上就是断裂电场在地表部位的延伸。我们将之称为断裂电场的地壳浅部扩散电场，以下简称断裂扩散电场。现有的地震预报方法，实际上是地震已经发生，利用电磁波与机械波的时间差进行的极限时间预报，实际上无发进行地震的预测。目前学术界还通过一些模型对地震进行研究，例如墨尔本大学开发的开源数值模拟软件Underworld，以及商业软件abaqus，研究人员根据监测区域确定好该监测区域对应的数值模拟模型的大小及材料参数后，根据断裂破碎带的潜在孕震区或压电部位的深度，以及压电部位的大小便可建立断裂稳定性的评估模型，从而可以根据该模型计算出压电部位的应力张量变化，当该压电部位的应力张量达到临界值时，则会影响断裂破碎带的稳定，有可能导致地震的发生。但现有的自然电场法无法准确检测断裂电场的压电部位，即断裂破碎带压电部位的位置，从而导致断裂稳定性评估模型无法准确评估断裂破碎带的稳定性。
技术实现思路
基于此，本专利技术的目的在于，提供一种断裂稳定性的评估系统及方法，其能够提高断裂破碎带稳定性评估的准确度。第一方面，本专利技术实施例提供了一种断裂稳定性的评估系统，包括：若干监测站和一联网计算设备，其中，每一个监测站包括：至少三个监测电极、监测仪器和本地计算设备，每两个监测电极构成一组监测测道；所述至少三个电极位于同一平面上，且所述平面平行于断裂破碎带的断面，以及至少两个监测电极作为深度电极通过探测钻孔安装于基岩面之下的断裂破碎带中；每两个监测电极不同时位于同一水平面，或者，每两个监测电极之间的电物理量差的数值不为零，且每个监测电极的电物理量变化趋势一致；所述监测仪器与每一个监测电极连接，并检测每组监测测道内两个监测电极之间的电物理量差，并将该电物理量差发送至所述本地计算设备；所述本地计算设备根据该电物理量差采用插值法对每组监测测道内的两个监测电极之间进行电物理量等差点的插值，并将一监测电极作为参考点，连接不同组监测测道的电物理量等差点，从而勾勒出断裂破碎带中断裂电场的等势线，并将该等势线发送至所述联网计算设备；所述联网计算设备根据每个监测站的本地计算设备所勾勒出的断裂破碎带中断裂电场的等势线，确定每个监测站所检测的断裂电场的压电部位方向，其中，每个监测站所检测的断裂电场的压电部位方向为垂直于该断裂电场的等势线向下的方向；并根据每个监测站所确定的断裂电场的压电部位方向，确定每个断裂电场的压电部位方向的相交部位为断裂破碎带的压电部位；所述评估计算设备将该压电部位的位置参数以及一预设的压电部位大小参数输入断裂稳定性评估模型，并调整输入该模型的预设压电部位大小参数，以使所述断裂稳定性评估模型所模拟输出的在所述至少三个电极的电物理量差趋近于所述监测仪器所检测的所述至少三个电极的电物理量差。进一步地，每个监测站的所述深度电极的数量为至少三个，且每个深度电极通过不同的探测钻孔安装于基岩面之下的断裂破碎带中。进一步地，每个监测站的每两个深度电极构成一组监测测道，所述监测仪器与每一个深度电极连接，并检测每组监测测道内两个深度电极之间的电物理量差；或者，每个监测站还包括一设置于断裂破碎带的浅表土层中的浅表电极，每两个深度电极构成一组监测测道，所述监测仪器与每一个深度电极以及浅表电极连接，并检测每个深度电极与浅表电极之间的电物理量差，以及根据每个深度电极与浅表电极之间的电物理量差获取由深度电极构成的每组监测测道内两个深度电极之间的电物理量差。进一步地，每个监测站的所述深度电极的数量为至少三个，且其中至少两个深度电极通过同一探测钻孔安装于基岩面之下的断裂破碎带中，该两个监测电极在该探测钻孔中的安装深度不同。进一步地，每个监测站的所述至少三个监测电极包括一浅表电极和两个深度电极；所述浅表电极安装于断裂破碎带的浅表土层中，所述两个深度电极通过不同的探测钻孔安装于基岩面之下的断裂破碎带中。第二方面，本专利技术实施例提供了一种断裂稳定性的评估方法，包括如下步骤：将从联网计算设备获取的压电部位的位置参数以及一预设的压电部位大小参数输入断裂稳定性评估模型；其中，所述联网计算设备获取若干监测站中每个监测站的本地计算设备所勾勒出的断裂破碎带中断裂电场的等势线，根据每个监测站的本地计算设备所勾勒出的断裂破碎带中断裂电场的等势线，确定每个监测站所检测的断裂电场的压电部位方向；每个监测站所检测的断裂电场的压电部位方向为垂直于该断裂电场的等势线向下的方向；每一个监测站包括：至少三个监测电极、监测仪器和本地计算设备，每两个监测电极构成一组监测测道；所述至少三个电极位于同一平面上，且所述平面平行于断裂破碎带的断面，以及至少两个监测电极作为深度电极通过探测钻孔安装于基岩面之下的断裂破碎带中；每两个监测电极不同时位于同一水平面，或者，每两个监测电极之间的电物理量差的数值不为零，且每个监测电极的电物理量变化趋势一致；所述监测仪器与每一个监测电极连接，并检测每组监测测道内两个监测电极之间的电物理量差，并将该电物理量差发送至所述本地计算设备；所述本地计算设备根据该电物理量差采用插本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种断裂稳定性的评估系统，其特征在于，包括：/n若干监测站、一联网计算设备和一评估计算设备，其中，每一个监测站包括：/n至少三个监测电极、监测仪器和本地计算设备，每两个监测电极构成一组监测测道；/n所述至少三个电极位于同一平面上，且所述平面平行于断裂破碎带的断面，以及至少两个监测电极作为深度电极通过探测钻孔安装于基岩面之下的断裂破碎带中；/n每两个监测电极不同时位于同一水平面，或者，每两个监测电极之间的电物理量差的数值不为零，且每个监测电极的电物理量变化趋势一致；/n所述监测仪器与每一个监测电极连接，并检测每组监测测道内两个监测电极之间的电物理量差，并将该电物理量差发送至所述本地计算设备；/n所述本地计算设备根据该电物理量差采用插值法对每组监测测道内的两个监测电极之间进行电物理量等差点的插值，并将一监测电极作为参考点，连接不同组监测测道的电物理量等差点，从而勾勒出断裂破碎带中断裂电场的等势线，并将该等势线发送至所述联网计算设备；/n所述联网计算设备根据每个监测站的本地计算设备所勾勒出的断裂破碎带中断裂电场的等势线，确定每个监测站所检测的断裂电场的压电部位方向，其中，每个监测站所检测的断裂电场的压电部位方向为垂直于该断裂电场的等势线向下的方向；并根据每个监测站所确定的断裂电场的压电部位方向，确定每个断裂电场的压电部位方向的相交部位为断裂破碎带的压电部位，并将该压电部位的位置参数发送至所述评估计算设备；/n所述评估计算设备将该压电部位的位置参数以及一预设的压电部位大小参数输入断裂稳定性评估模型，并调整输入该模型的预设压电部位大小参数，以使所述断裂稳定性评估模型所模拟输出的在所述至少三个电极的电物理量差趋近于所述监测仪器所检测的所述至少三个电极的电物理量差。/n...

【技术特征摘要】
1.一种断裂稳定性的评估系统，其特征在于，包括：
若干监测站、一联网计算设备和一评估计算设备，其中，每一个监测站包括：
至少三个监测电极、监测仪器和本地计算设备，每两个监测电极构成一组监测测道；
所述至少三个电极位于同一平面上，且所述平面平行于断裂破碎带的断面，以及至少两个监测电极作为深度电极通过探测钻孔安装于基岩面之下的断裂破碎带中；
每两个监测电极不同时位于同一水平面，或者，每两个监测电极之间的电物理量差的数值不为零，且每个监测电极的电物理量变化趋势一致；
所述监测仪器与每一个监测电极连接，并检测每组监测测道内两个监测电极之间的电物理量差，并将该电物理量差发送至所述本地计算设备；
所述本地计算设备根据该电物理量差采用插值法对每组监测测道内的两个监测电极之间进行电物理量等差点的插值，并将一监测电极作为参考点，连接不同组监测测道的电物理量等差点，从而勾勒出断裂破碎带中断裂电场的等势线，并将该等势线发送至所述联网计算设备；
所述联网计算设备根据每个监测站的本地计算设备所勾勒出的断裂破碎带中断裂电场的等势线，确定每个监测站所检测的断裂电场的压电部位方向，其中，每个监测站所检测的断裂电场的压电部位方向为垂直于该断裂电场的等势线向下的方向；并根据每个监测站所确定的断裂电场的压电部位方向，确定每个断裂电场的压电部位方向的相交部位为断裂破碎带的压电部位，并将该压电部位的位置参数发送至所述评估计算设备；
所述评估计算设备将该压电部位的位置参数以及一预设的压电部位大小参数输入断裂稳定性评估模型，并调整输入该模型的预设压电部位大小参数，以使所述断裂稳定性评估模型所模拟输出的在所述至少三个电极的电物理量差趋近于所述监测仪器所检测的所述至少三个电极的电物理量差。


2.根据权利要求1所述的断裂稳定性的评估系统，其特征在于：
每个监测站的所述深度电极的数量为至少三个，且每个深度电极通过不同的探测钻孔安装于基岩面之下的断裂破碎带中。


3.根据权利要求2所述的断裂稳定性的评估系统，其特征在于：
每个监测站的每两个深度电极构成一组监测测道，所述监测仪器与每一个深度电极连接，并检测每组监测测道内两个深度电极之间的电物理量差；
或者，
每个监测站还包括一设置于断裂破碎带的浅表土层中的浅表电极，每两个深度电极构成一组监测测道，所述监测仪器与每一个深度电极以及浅表电极连接，并检测每个深度电极与浅表电极之间的电物理量差，以及根据每个深度电极与浅表电极之间的电物理量差获取由深度电极构成的每组监测测道内两个深度电极之间的电物理量差。


4.根据权利要求1所述的断裂稳定性的评估系统，其特征在于：
每个监测站的所述深度电极的数量为至少三个，且其中至少两个深度电极通过同一探测钻孔安装于基岩面之下的断裂破碎带中，该两个监测电极在该探测钻孔中的安装深度不同。


5.根据权利要求1所述的断裂稳定性的评估系统，其特征在于：
每个监测站的所述至少三个监测电极包括一浅表电极和两个深度电极；
所述浅表电极安装于断裂破碎带的浅表土层中，所述两个深度电极通过不同的探测钻孔安装...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈国能，曾强，
申请(专利权)人：陈国能，广东深地信息科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44