一種用于地震前兆監測的地下氦氣監測方法及系統的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種氦氣監測方法及系統，特別是涉及一種用于地震前兆監測的地下氦氣監測方法及系統。
【背景技術】
[0002]近些年我國及周邊地區地震頻發，涉及地域范圍廣、危害大。為此，對于地震前兆即地震發生前出現的異常現象進行監測的各種方法手段成為地震研究的重要內容和熱點。其中，地下流體，如地下水(井水、泉水、地下層中所含的水)、石油和天然氣、地下巖層中還可能貯存一些其它氣體。用儀器監測這些地下流體的化學成份和某些物理量，研究它們的變化情況可以幫助人們預測地震。其中，氦是一種稀有氣體，它具有化學惰性和強擴散能力(是氡的7.4倍)。在通道良好的條件下，可迀移至更遠處，氦可與流體一起沿構造帶滲透，由深部向地表垂直迀移。當地震發生時，來自地下的氦氣流隨著巖石的動力負荷增加而增長。氦自身的這些性質決定了它可以作為反映地震前兆指標的靈敏組分之一。
[0003]在現有技術中，對地下水中氦氣監測的方法手段中主要存在以下問題:
[0004]—是連續自動監測問題。地下水中的氦氣處于一種連續動態變化過程中，與地域、年份、季節、月份、環境溫度等多種因素有關，而要實現對地震前兆監測，則必須要對地下水中的氦氣進行長時間、連續性的自動化監測和分析，例如短時變化監測情況、歷史同一時期對比監測情況等，這樣才能對氦氣出現的異常情況做出準確分析和判斷。現有技術中，還存在人工采集氦氣的方法，主要是以鼓泡的形式將溶解在地下水中的氦氣析出進行氦值的測定。隨著地震監測預報需求的提高，要求進行連續觀測，人工方式的氦氣監測技術顯然無法滿足需求。
[0005]二是監測精度問題。將地下水中溶入的氣體分離后再匯集起來進行濃度檢測，該過程需要盡可能將氣體從地下水中分離充分，并且整個過程需要處于持續穩定的狀態，否則會因為水氣分離操作不穩定而影響氦氣的采集及濃度變化。
[0006]三是適用性問題。根據地下水的流動狀態不同，可以分為自流井水，例如地下不斷涌出的動態泉水，這種自流井水處于動態流動的狀態;還有靜水位觀測井水，例如地下多處匯集在一起的靜態井水，這種觀測井水基本上處于靜止狀態。這樣，對不同狀態的地下水進行氦氣分離時所采用的方法手段要有針對性，以適應不同的應用條件。
[0007]基于上述原因，有必要提供一種用于地震前兆監測的地下氦氣監測方法及系統，能夠對地下水進行穩定持續的水氣分離，連續自動對分離出的氦氣含量進行檢測，并且適用于多種地下水應用環境。
【發明內容】
[0008]本發明主要解決的技術問題是提供一種用于地震前兆監測的地下氦氣監測方法及系統，解決現有技術中對地下水中氦氣監測難以做到穩定連續自動監測，以及監測精度不高、適應地下水環境受限等問題。
[0009]為解決上述技術問題，本發明采用的一個技術方案是:提供一種用于地震前兆監測的地下氦氣監測方法，包括:水氣分離，連續從地下水中分離出水中所含的氦氣，將分離出的該氦氣匯集并連續輸出，經過干燥處理后，輸入到滲透氣室;滲透檢測，在該滲透氣室內，該氣體先經過滲透膜將氦氣滲透到連接有鈦栗的真空系統中，該氦氣的變化量轉換為鈦栗的工作電壓變化量，由此改變該鈦栗的工作電壓；
[0010]信號轉換，將該鈦栗的工作電壓經過放大器放大后，再進行模數轉換，得到反映氦氣含量的數字信號;經過放大器放大后，再進行模數轉換，得到反映氦氣含量的數字信號；顯示處理，對該數字信號進行顯示、傳輸、存儲以及分析處理，用以說明氦氣含量的動態變化情況。
[0011]在本發明用于地震前兆監測的地下氦氣監測方法的另一個實施例中，該連續從地下水中分離出水中所含氣體的方法是:該地下水連續流動，經過垂直自由落體運動，落到濺水臺后濺起大量水滴，實現水與氣體分離，該水滴匯集后排出。
[0012]在本發明用于地震前兆監測的地下氦氣監測方法的另一個實施例中，該連續從地下水中分離出水中所含氣體的方法是:該地下水位于地井中，向該地井的水面以下連續鼓入氣泡，該氣泡進入地下水后向上漂浮，同時附帶該地下水中所含氣體一起溢出，實現水與氣體分離。
[0013]本發明還提供了一種用于地震前兆監測的地下氦氣監測系統，包括用于采集地下水中氣體的集氣裝置，該集氣裝置的集氣管道出口與滲透氣室的進氣口密閉連接，經過水氣分離后的氣體進入該滲透氣室后，先經過滲透膜將氦氣滲透到連接鈦栗真空系統中，將氦氣變化量轉換為鈦栗的工作電壓變化量，由此改變所述真空系統的鈦栗工作電壓，未被滲透膜滲透的氣體從該滲透氣室的出氣口排出，該鈦栗工作電壓再經過放大器放大后，通過電纜線傳輸到數據采集單元進行模數轉換形成數字信號，再輸出到顯示處理單元進行顯示、存儲以及分析處理。
[0014]在本發明用于地震前兆監測的地下氦氣監測系統的另一個實施例中，該集氣裝置為底部封閉、頂部設置有開口管道的透明圓柱形殼體，該圓柱形殼體的頂部為半球體，該開口管道包括進水管道，該進水管道設置在該頂部半球體的一側，并與該圓柱形殼體的垂直中軸線成傾斜夾角，該進水管道向下垂直延伸形成一個不接觸該圓柱形殼體底部的出水端口，該集氣管道設置在該圓柱形殼體頂部半球體的中心處，在該圓柱形殼體的下部還設置有排水管道，在該圓柱形殼體底部內側還設置有向上延伸且高于該排水管道出口的濺水臺，該濺水臺不接觸該出水端口。
[0015]在本發明用于地震前兆監測的地下氦氣監測系統的另一個實施例中，該開口管道還包括進氣管道，該進氣管道與所述進水管道相對應設置在該半球體的另一側，并與該圓柱形殼體的垂直中軸線成傾斜夾角，該進水管道與進氣管道在該圓柱形殼體內部匯接在一起，該進氣管道與該滲透氣室的出氣口密閉連接。
[0016]在本發明用于地震前兆監測的地下氦氣監測系統的另一個實施例中，該集氣裝置包括底部開口并且浸入地下水中的圓柱形殼體，該圓柱形殼體的上部口徑縮小并向上延伸為氣管，該氣管伸出地下水平面，在該氣管的頂部設置有進氣管道和集氣管道，該進氣管道的進氣端連接鼓泡裝置，該進氣管道垂直向下延伸且在其出氣端連接氣泡分離器，該氣泡分離器也浸入地下水中且罩入該圓柱形殼體內。
[0017]在本發明用于地震前兆監測的地下氦氣監測系統的另一個實施例中，該集氣管道出口與滲透氣室的進氣口之間密閉串接有輸氣軟管和氣體干燥裝置。
[0018]在本發明用于地震前兆監測的地下氦氣監測系統的另一個實施例中，在該輸氣軟管和氣體干燥裝置之間還串接有用于收集該輸氣軟管內部水分的集水裝置。
[0019]在本發明用于地震前兆監測的地下氦氣監測系統的另一個實施例中，該集氣裝置的進水管道沿水平方向設置開口，經方向轉換后沿豎直方向延伸且管道口徑漸縮，直至形成最小口徑為I毫米的出口，在該出口的下方設置有圓柱型集水腔體，該集水腔體底部沿水平方向延伸并設置出水口，在靠近該出水口端，由該集水腔體底部向上延伸為一個與該集水腔體相隔離的集氣腔，在該集氣腔上部漸縮為一個集氣管道。
[0020]本發明的有益效果是:本發明公開了一種用于地震前兆監測的地下氦氣監測方法和系統。該氦氣監測方法包括步驟水氣分離、滲透檢測、信號轉換和顯示處理，監測系統包括集氣裝置、滲透氣室、數據采集單元、顯示處理單元。使用該氦氣監測方法和系統能夠實現對動態和靜態地下水進行連續穩定的水氣分離，有效提取地下水中所含氣體，然后在滲透氣室內通過滲透膜滲透氦氣，將氦氣變化量轉換為離子流的變化量，進而改變真空系統鈦栗的工作電壓來監測氦氣的濃度變化。該方法和系統穩定可靠、對地下水中氦氣的監測精度高、并且適用于不同的地下水環境。
【附圖說明】
[0021]圖1是本發明用于地震前兆監測的地下氦氣監測方法一實施例的流程圖；
[0022]圖2是本發明用于地震前兆監測的地下氦氣監測系統一實施例的組成圖；
[0023]圖3是本發明用于地震前兆監測的地下氦氣監測系統另一實施例的滲透氣室構成示意圖；
[0024]圖4是本發明用于地震前兆監測的地下氦氣監測系統另一實施例的集氣裝置示意圖；
[0025]圖5是本發明用于地震前兆監測的地下氦氣監測系統另一實施例的集氣裝置示意圖；
[0026]圖6是本發明用于地震前兆監測的地下氦氣監測系統另一實施例的