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地震前兆土壤断层逸出气观测井结构

阅读:773发布:2021-06-15

专利汇可以提供地震前兆土壤断层逸出气观测井结构专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 涉及一种 地震 前兆 土壤 断层 逸出气观 测井 结构,包括采气机构、集气装置和导气装置,采气机构和集气装置均埋于地下。采气机构包括透气层和透气管,透气管垂直插入在透气层中,透气管的管壁上布满有多个透气孔,透气管的顶端露出于透气层的上方。集气装置包括呈喇叭状的集气罩,集气罩的大口朝下盖在透气层上,集气罩的小口通过 法兰 连接透气管和导气装置的保护管,保护管内有若干导气管,保护管的顶端盖有密封盖并露出于地面,导气管的底端连接有采气花管,采气花管的管壁上布满有采气孔,导气管的顶端穿过密封盖,导气管通过气 管接头 和密封盖相连。本发明采气率高、使用寿命长、气密性好,提高土壤断层逸出气观测的 稳定性 和可靠性。,下面是地震前兆土壤断层逸出气观测井结构专利的具体信息内容。

1.一种地震前兆土壤断层逸出气观测井结构,其特征在于包括采气机构、集气装置和导气装置,采气机构和集气装置均埋于地下,集气装置罩在采气机构上,导气装置和采气机构相连并且导气装置的顶部露出于地面。
2.根据权利要求1所述的地震前兆土壤断层逸出气观测井结构,其特征在于所述的采气机构包括透气层和透气管,透气管垂直插入在透气层中并位于透气层的中心,透气管的管壁上布满有多个透气孔,透气管的底端离透气层的底面有一段间距,透气管的顶端露出于透气层的上方,透气管和所述的导气装置连通。
3.根据权利要求2所述的地震前兆土壤断层逸出气观测井结构,其特征在于所述的透气管上的透气孔沿管壁从下到上设有多排透气孔,每排透气孔沿管壁圆周均匀分布有多个透气孔,上下相邻的两排透气孔交错设置。
4.根据权利要求2或3所述的地震前兆土壤断层逸出气观测井结构,其特征在于所述的透气层的材质为砾石,所述的透气管为不锈管或聚四氟乙烯管。
5.根据权利要求2所述的地震前兆土壤断层逸出气观测井结构,其特征在于所述的集气装置包括呈喇叭状的集气罩,集气罩的大口朝下盖在所述的透气层上,集气罩的小口连接有法兰,所述的透气管的顶端和法兰相连,法兰又和所述的导气装置相连。
6.根据权利要求5所述的地震前兆土壤断层逸出气观测井结构,其特征在于所述的集气罩的下方设有支撑架。
7.根据权利要求6所述的地震前兆土壤断层逸出气观测井结构,其特征在于所述的支撑架呈L型,支撑架的横边和所述的透气层紧贴,支撑架的竖边和透气层垂直,支撑架的横边和所述的集气罩之间还设有加强支撑杆。
8.根据权利要求5或6或7所述的地震前兆土壤断层逸出气观测井结构,其特征在于所述的集气罩为不锈钢材料。
9.根据权利要求1或2或5所述的地震前兆土壤断层逸出气观测井结构,其特征在于所述的导气装置包括和所述的采气机构连通的保护管及设于保护管内的若干个导气管,保护管的顶端露出于地面,保护管的顶端盖有密封盖,导气管的底端连接有采气花管,采气花管的管壁上布满有采气孔,导气管的顶端穿过密封盖,导气管通过气管接头和密封盖相连。
10.根据权利要求9所述的地震前兆土壤断层逸出气观测井结构,其特征在于所述的保护管外包裹有保温管。

说明书全文

地震前兆土壤断层逸出气观测井结构

技术领域

[0001] 本发明涉及地球物理和防震减灾技术领域,尤其涉及一种地震前兆土壤断层逸出气观测井结构,为气体分析仪提供稳定真实的土壤断层逸出气体,主要应用于地震前兆气体观测点及台网的建设,与气体分析仪器组成一套完整的气体观测系统。

背景技术

[0002] 地震带来的都是灾难性的灾害,对人类生命财产造成的损害十分严重,因此提高地震预测能的科学性和准确性,具有重大的国家战略安全和经济意义。地下流体携带的地壳深部的变化对地震前兆最为敏感,其中地下气体包涵丰富的震源物理化学动态信息,地下气体包括地下中逸出气体和土壤逸出气体。观测地下水中逸出气体是我国地震前兆观测发展较早的一种观测方法,但是近几年受自然环境和人类活动的影响,地下水的稳定性较差,观测效果不是很理想。观测土壤逸出气体尤其是观测土壤断层逸出气体,虽然起步较晚,但是近5年众多震例表明,观测土壤断层逸出气体是地震前兆预测的较为有效途径之一。
[0003] 合理设计和建设土壤逸出气观测孔或观测井是确保土壤逸出气体观测网有效地捕捉到震源前兆地重要条件之一。土壤逸出气观测孔通常选择建设在土壤断层的上盘或断层活动的主动盘上,故称之为土壤断层逸出气,合理的观测孔(井)设计能更有效的反映地壳深部放气情况,避免周围环境干扰。由于地震前兆气体观测是一个长期的观测项目,因此观测孔的设计不仅要满足新鲜气体的提供,还应考虑长期稳定性以及使用寿命等问题。目前土壤断层逸出气观测孔(井)普遍是对地下水观测孔进行改建而成,对土壤观测条件、气体观测仪器等并不完全适用,因此存在采气率低、观测孔堵塞或者漏气等缺陷,影响了土壤断层逸出气观测的稳定性和可靠性。

发明内容

[0004] 本发明为了解决上述技术问题,提供一种地震前兆土壤断层逸出气观测井结构,其采气率高、使用寿命长、气密性好,提高土壤断层逸出气观测的稳定性和可靠性,并能与多种气体分析仪器配合使用,为多种气体分析仪器提供真实新鲜的地下深部气体,有利于获取具有震源物理意义的地震预测参数。
[0005] 本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的:本发明包括采气机构、集气装置和导气装置,采气机构和集气装置均埋于地下,集气装置罩在采气机构上,导气装置和采气机构相连并且导气装置的顶部露出于地面。整个观测井安装建设好后,在采气机构的上面及集气装置的周围和上方用回填土进行回填,一方面将采气机构和集气装置埋在地面下,另一方面对导气装置起到固定作用。观测井(孔)垂直于地层走向设置,观测井(孔)深度依据观测点所在位置的冻土层厚度及地下水位确定,一般在地面下深度3~10米处。观测时,导气装置再和气体分析仪相连。采气机构位于观测井的最底部,地下产生的土壤断层逸出气体由采气机构采集,经集气装置流入导气装置,再由导气装置输送给气体分析仪。集气装置用于保留和存储土壤断层逸出气体,防止气体通过其他土层逸出到地表,提高采气率。本技术方案采气率高、使用寿命长、气密性好,提高土壤断层逸出气观测的稳定性和可靠性,并能与多种气体分析仪器配合使用,为多种气体分析仪器提供真实新鲜的地下深部气体,有利于获取具有震源物理意义的地震预测参数。
[0006] 作为优选,所述的采气机构包括透气层和透气管,透气管垂直插入在透气层中并位于透气层的中心,透气管的管壁上布满有多个透气孔,透气管的底端离透气层的底面有一段间距,透气管的顶端露出于透气层的上方,透气管和所述的导气装置连通。透气层的材质为强透气材料,透气管的材质为耐腐蚀、高硬度、高强度的高分子材料。地下产生的土壤断层逸出气体能很容易地扩散到透气层中,再通过透气管管壁上的透气孔流入透气管中,从而完成采气。
[0007] 作为优选,所述的透气管上的透气孔沿管壁从下到上设有多排透气孔,每排透气孔沿管壁圆周均匀分布有多个透气孔,上下相邻的两排透气孔交错设置。透气管的各个方向、上下各个位置都有透气孔设置,确保土壤断层逸出气体能很顺利地、尽可能多地流入透气管,提高采气率。
[0008] 作为优选,所述的透气层的材质为砾石,所述的透气管为不锈管或聚四氟乙烯管。透气层位于观测井底部,主要有颗粒大小一致、直径约2~5厘米的砾石整齐堆放组成。透气层一般是一个直径为2.5~3米、高度为1~2米的圆柱体结构,透气层的直径与高度由观测点的地质环境决定。若土质为沙土质,则直径较大;若观测井孔的深度小于5米,则透气层深度不超过1米。为防止灰尘或杂物堵住透气管管壁上的透气孔,砾石选择清洗干净的鹅卵石,且鹅卵石与透气管管壁接触的部分经过坚壁处理,以减少零落的细小灰尘或杂物。由于鹅卵石表面圆润光滑,表面积较大,因此土壤逸出气的存储体积大,进一步提高采气率。
[0009] 作为优选,所述的集气装置包括呈喇叭状的集气罩,集气罩的大口朝下盖在所述的透气层上,集气罩的小口连接有法兰,所述的透气管的顶端和法兰相连,法兰又和所述的导气装置相连。集气罩将透气层和透气管罩在其下面,用于聚集扩散到透气层中的气体,对扩散到透气层中的土壤断层逸出气体起到保留和存储作用,防止气体通过其他土层逸出到地表,提高采气率。
[0010] 作为优选,所述的集气罩的下方设有支撑架。支撑架对集气罩起到支撑作用。由于集气罩上方需承载回填土的重量,同时保证集气罩和透气层之间围成的空腔体积不变,在集气罩下方设置支撑架,用于辅助支撑集气罩,提高集气罩的抗压性和牢固性。
[0011] 作为优选,所述的支撑架呈L型,支撑架的横边和所述的透气层紧贴,支撑架的竖边和透气层垂直,支撑架的横边和所述的集气罩之间还设有加强支撑杆。进一步提高集气罩的抗压性和牢固性。
[0012] 作为优选,所述的集气罩为不锈钢材料。集气罩采用不锈钢板加工制成,不锈钢板的厚度根据观测点土质密度决定。若土质密度较大,则需选择厚板;若土质密度较小,则可选择薄板。
[0013] 作为优选,所述的导气装置包括和所述的采气机构连通的保护管及设于保护管内的若干个导气管,保护管的顶端露出于地面,保护管的顶端盖有密封盖,导气管的底端连接有采气花管,采气花管的管壁上布满有采气孔,导气管的顶端穿过密封盖,导气管通过气管接头和密封盖相连。为提高采气率,导气管的管径要大于气体分析仪的采样管管径。保护管不仅具有保护导气管的作用,还具有一定的隔热耐压作用,能承受回填土的横向压力,并且具有耐腐蚀、抗老化、放虫蚁咬蚀的功能。导气管的顶端采用一体化成型的气体转接装置和气体分析仪器的采样管连接,有效保证连接处的气密性。导气管由耐腐蚀、导热系数差、抗老化的材料制成,同时导气管材料应对检测气体不具有吸附作用,防止导气管吸附造成观测结果误差。密封盖的设置,既避免地表气体混入导气管又避免导气管内的气体逸出。由于不同气体的密度不同,在观测井内聚集的深度也不一致,因此根据观测气体的种类,导气管的深度不一致。导气管底端套接采气花管,采气花管由一种轻质高分子管材制成,避免采气花管直接碰触保护管管壁,确保采气花管采集的气体是保护管内的气体,同时防止采气时瞬时的气体湍流。考虑到观测点多项观测时,避免测项之间的影响,可根据测项多少、气体分析仪器的采气体积需求,安装多根导气管,即在保护管内设置2~4根导气管,多导气管还可以保证某根导气管堵塞时,其他导气管作为备用,延长观测井的使用寿命,避免导气管或采气花管堵塞造成的观测井无法连续观测的现象发生。
[0014] 作为优选,所述的保护管外包裹有保温管。保温管的设置,防止气体在上升过程中因温度变化造成水汽冷凝引起导气管堵塞,对采集到的气体起到保温作用,一般由质材料制成。
[0015] 本发明的有益效果是:采气率高,使用寿命长,气密性好,提高土壤断层逸出气观测的稳定性、准确性和可靠性,并能与多种气体分析仪器配合使用,为多种气体分析仪器提供真实新鲜的地下深部气体,形成完整的气体观测系统,用于土壤断层逸出气观测点及台网建设,有利于获取具有震源物理意义的地震预测参数。附图说明
[0016] 图1是本发明的一种剖视结构示意图。
[0017] 图2是本发明中导气装置的一种局部剖视结构示意图。
[0018] 图3是本发明中导气装置的一种横向剖视结构示意图。
[0019] 图中1.透气层,2.透气管,3.透气孔,4.集气罩,5.法兰,6.支撑架,7.加强支撑杆,8.保护管,9.导气管,10.密封盖,11.保温管,12.气管接头,13.采气花管,14.转接装置。

具体实施方式

[0020] 下面通过实施例,并结合附图,对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
[0021] 实施例:本实施例的地震前兆土壤断层逸出气观测井结构,如图1所示,包括采气机构、集气装置和导气装置,采气机构和集气装置均埋于地下,集气装置罩在采气机构上,导气装置和采气机构相连并且导气装置的顶部露出于地面。采气机构包括透气层1和透气管2,根据观测点所在位置的冻土层厚度及地下水位确定透气层位于地下的深度位置,一般透气层设置在地下3~10米处,透气层1呈直径为2.5~3米、高度为1~2米的圆柱体,主要有颗粒大小一致、直径约2~5厘米的砾石整齐堆放形成,砾石选择清洗干净的鹅卵石,且鹅卵石与透气管接触的部分经过坚壁处理,以减少零落的细小灰尘。透气管2垂直插入在透气层中并位于透气层的中心,透气管是一根直径为110~150mm、壁厚5~10mm、长60~120cm的不锈钢管或聚四氟乙烯管。透气管的管壁上布满了孔径为15mm的透气孔3,透气孔沿管壁从下到上排成多排,每排透气孔沿管壁圆周均匀分布,上下相邻的两排透气孔交错设置,相邻透气孔间的间距为75mm。透气管的底端敞口,且透气管的底端离透气层的底面有一段间距,一般为25cm,即透气管的底端不能与观测井孔底部直接碰触,透气管的顶端露出于透气层的上方。集气装置位于采气机构的正上方,集气装置包括呈喇叭状的集气罩4,集气罩的大口朝下盖在透气层1上,大口边长为100~150cm,集气罩的小口上安装有法兰5。集气罩4采用不锈钢材料加工制成,由四厚度为3~5mm的不锈钢板(构成集气罩侧面)和一块厚度为12mm的正方形不锈钢板(集气罩小口)焊接而成,其中正方形不锈钢板中心开有直径为
118mm圆孔,圆孔外周等距设有四个固定孔,用于安装法兰。法兰下部有内部螺纹,与透气管的顶端对接通过螺纹相连,法兰上部连接导气装置中的保护管。集气罩的下方通过焊接连接有三个以上的支撑架6,支撑架沿集气罩的圆周均布,支撑架呈L型,支撑架的横边和集气罩的大口齐平并相连,支撑架的横边压在透气层上,支撑架的竖边和集气罩的小口垂直相连,支撑架的竖边和透气层垂直,支撑架的横边和集气罩的侧面之间还连接有一根加强支撑杆7,形成集气罩下方的三支架。如图2、图3所示,导气装置包括保护管8及位于保护管内的两个导气管9,保护管的底端和集气罩上的法兰相连,保护管和透气管连通,保护管的顶端露出于地面,超出地表30~50cm,保护管的顶端盖有密封盖10,保护管外包裹有保温管11。保护管为直径110mm、壁厚5~10mm的高分子材料管,主要为PVC或PPR材料,可以保证一定的耐压强度,同时具有防虫蚁咬蚀的作用。如果地下温度与地表温度相差较大,超过2℃,则应选壁厚较厚的保护管。保温管为直径140mm、壁厚15mm的保温棉管,主要用于保持气体温度,避免气体上升过程中冷凝,造成导气管堵塞。导气管主要用于将透气管内的气体引导至地表,材料为气体吸附性小的聚四氟乙烯材料,直径为12~15mm、壁厚2mm。导气管的顶端穿过密封盖,导气管通过气管接头12和密封盖相连,套接处采用胶粘合,保证气密性,防止气体从连接处泄露,同时也避免外界气体混入观测孔中而稀释地下土壤逸出气。导气管的底端连接有采气花管13,一个采气花管位于保护管内,一个采气花管位于透气管内,采气花管为直径15~18mm、壁厚3mm的高分子材料管,长度为100mm,采气花管的管壁上等间距布满有直径为8mm的采气孔。采气机构、集气装置和导气装置三个部分安装完成后,保温管周围及集气罩上方用回填土进行回填,以固定导气装置,保证导气装置垂直于地面,回填过程中,每回填20cm,需进行夯实作业,防止回填土塌陷。导气管的顶端连接有转接装置14,用于和气体分析仪器相连,增加了转接处的气密性,同时作为单向气流,避免气体回流至观测孔内。
[0022] 土壤断层逸出气体流经透气层,通过透气管上的透气孔进入透气管,再流入保护管,经采气花管上的采气孔流入导气管,最后由导气管将采集到的土壤断层逸出气体输送给气体分析仪器。集气罩的设置,用于保留和存储土壤断层逸出气体,防止气体通过其他土层逸出到地表,提高透气管的采气率。
[0023] 本发明采气率高,使用寿命长,气密性好,提高土壤断层逸出气观测的稳定性、准确性和可靠性,并能与多种气体分析仪器配合使用,为多种气体分析仪器提供真实新鲜的地下深部气体,形成完整的气体观测系统,用于土壤断层逸出气观测点及台网建设,有利于获取具有震源物理意义的地震预测参数。
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