СПОСОБ ИЗУЧЕНИЯ ДИНАМИКИ ПОВЕДЕНИЯ ПАРОВ ВЕЩЕСТВ НАД ТВЕРДЫМИ ТЕЛАМИ Российский патент 2000 года по МПК G01V9/00 

Изобретение относится к геохимическим способам исследования реакции системы твердая среда - атмосфера (в частности, горная порода - атмосфера) на различные проявления динамических процессов и может быть использована для предсказания землетрясений, вулканических извержений и других событий.

Способы отслеживания информации, используемые при исследовании вариаций потоков паров ртути в системе "земная кора - атмосфера" в целях прогноза землетрясений (Стахеев и др. 1983. В сб.: "Гидрохимические исследования на прогностических полигонах". Тезисы докладов на Всесоюзном Совещании, 21-23 июня 1983 г. , Алма-Ата, стр. 81-82. Исследование вариаций потока ртутных паров в системе земная кора - атмосфера в целях прогноза землетрясений) сложны из-за громоздкости исследуемой циркуляционной зоны, энергоемки, а потери паров ртути, принудительно прогоняемых мимо коллектора и частично задерживающихся на стенках коммуникаций, снижают точность и надежность измерений.

Предлагаемый способ базируется на активизированной диффузии исследуемых газов, что позволяет значительно упростить используемую циркуляционную зону, обеспечить равномерность протекания процесса адсорбции паров исследуемых веществ соответствующим сорбентом, снизить энергопотребление и повысить надежность и точность мониторинга.

Способ может быть использован при контроле поведения любых газов при соответствующем подборе сорбента. Способ действует длительное время без обслуживания, не требует нарушения целостности твердых тел (например, горных пород) и, следовательно, сложившегося природного равновесия, исключает принудительное прокачивание газа, а поэтому существенно экономичнее, и обеспечивает большую простоту, точность и надежность проведения измерений
Известен способ: мониторинга (Стахеев и др., см выше), в котором содержание паров Hg замеряют в оконтуренной части рыхлых образований с помощью прокачивания через специальный сорбент по замкнутой системе воздуха с парами Hg.

Однако он недостаточно надежен из-за потерь, связанных с адсорбцией Hg на частицах пыли, осаждающихся на стенках коммуникаций, и за счет загрязнения сорбента пылью из прокачиваемого воздуха.

В предлагаемом способе этот недостаток устранен путем замены принудительной доставки паров исследуемых веществ (например, Hg) к сорбенту активизированной диффузией.

Система мониторинга, применяемая для реализации известного способа (Стахеев и др.), включает в себя оконтуривающую полость, плотно соединенную с оконтуренным слоем пород и сообщающуюся с системой прокачки воздуха с парами Hg, внутри которой находится сорбент.

Эта система энергоемка, громоздка и не обеспечивает достаточно высокой точности замеров из-за потерь некоторого количества Hg за счет ее адсорбции в транспортной системе частицами пыли, оседающими на ее стенках, из непрерывно перекачиваемого воздуха.

Предлагаемый способ реализуется следующим образом. На заранее выбранном относительно ровном месте устанавливают оконтуривающую полость и плотно соединяют по контуру с твердым телом таким образом, чтобы образовалось замкнутое пространство. Внутри этой полости по центру на расстоянии, исключающем соприкосновение с твердым телом, располагается датчик-накопитель. Пары веществ в соответствии с первым законом Фика перемещаются по направлению к датчику потому, что за счет поглощения материалом датчика атомов или молекул веществ вблизи него концентрация этих атомов всегда близка к нулю, что активизирует процесс диффузии.

Измерения количества накапливаемых веществ (например, ртути) проводятся непрерывно или периодически через заданные промежутки времени путем измерения соответствующих изменяющихся параметров сорбента (например, проводимости). Информация снимается либо непосредственно с датчика, либо передается по стандартному телеметрическому каналу на центральный пункт сбора информации
В процессе измерений сорбент постепенно насыщается, вследствие чего нарушается линейность измерений. После достижения определенной степени насыщения сорбента накопленное вещество сбрасывается с него в оконтуренное пространство, например, с помощью теплового эффекта, восстанавливая таким образом в нем природное равновесие и приводя свойства датчика в исходное положение, что в свою очередь уменьшает погрешности измерений (либо сорбент заменяется другим).

В формировании сигнала отклика на изменение динамического состояния твердого тела в данном месте принимает участие вещество, содержащееся главным образом в его поверхностном слое внутри оконтуренного пространства. По этой причине для увеличения амплитуды сигнала и уменьшения промежутков времени между измерениями диффузия может дополнительно активизироваться за счет обогащения твердого тела, над которым ведется мониторинг, исследуемым веществом.

Преимущество предлагаемого способа заключается в универсальности, повышении информационного уровня сигнала и надежности, а также в его упрощении, так как не требуется ни заглубления в исследуемую твердую среду (что расширяет выбор точек для проведения измерений), ни прокачивания воздуха для накопления сигнала (что снижает энергоемкость, обеспечивая проведение способа на удаленных необслуживаемых пунктах наблюдения в условиях дефицита энергии).

Использование: для предсказания землетрясений, вулканических извержений и других событий. Сущность: контролируют сигнал путем накапливания исследуемого вещества за счет активизированной диффузии на датчике, размещенном в центре оконтуренного пространства над твердым телом. Для усиления сигнала диффузию можно активизировать путем искусственного повышения концентрации исследуемого вещества в твердом теле в пределах оконтуренного пространства. Технический результат: повышение экономичности, точности и надежности проведения измерений. 1 з.п.ф-лы.

1. Способ изучения динамики поведения паров веществ над твердыми телами, основывающийся на использовании диффузии исследуемого вещества, при котором формируют замкнутую систему с датчиком-накопителем и контролируют величину сигнала, отличающийся тем, что замкнутое пространство формируют на поверхности твердого тела так, чтобы диффузия исследуемого вещества протекла внутри него, в этом же пространстве размещают датчик-накопитель, исключая его соприкосновение с твердым телом, а величину сигнала контролируют по изменяющимся параметрам сорбента. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что процесс диффузии активизируют путем искусственного повышения концентрации исследуемого вещества в твердой среде в пределах оконтуренного замкнутого пространства.