Способ контроля напряженно-деформированного состояния горных пород Советский патент 1993 года по МПК G01V5/00 

Изобретение относится к технике прогноза землетрясений и может быть применено в геофизическом мониторинге окружающей среды.

Цель изобретения - повышение чувствительности.. .

Сущность изобретения заключается в том, что датчик у-квантов располагают под землей в экране, представляющем низкофоновую камеру, непрерывно измеряют количество у-квантов в диапазоне энергий до 5 МэВ в разных энергетических интервалах, в нашем случае в окне 1,7-2,0 МэВ, спектрометрическую информацию регистрируют не реже, чем ежечасно, из сигнала, соответствующего результатам измерений за сутки вычитают значения математически полученной гармоники суточного хода, а также сигналы, соответствующие всплескам интенсивности потока космических лучей и по оставшимся сигналам, соответствующим статистически значимым всплескам, используемым в качестве предвестника землетрясений, выносят суждение о месте и времени предстоящего сейсмосо- бытия.

Низкофоновая камера, находящаяся в подземном помещении с глубиной, достаточной для поглощения мягкой компоненты космических лучей, состоит из массивной многослойной защиты 1, детектора у-излу- чения 2 и электронной части 3 (блок питания и спектрометрические счетчики числа импульсов).

Способ осуществляется следующим образом. В подземном помещении собирается низкофоновая камера, причем глубина расположения лаборатории (степень поглощения космических лучей), конструкция и материалы камеры выбираются из условия достижения максимально низкого фона в камере, при котором появляется возмож-.

00

VJ

00

ел

00

ы

ность наблюдения пиков излучений, несущих информацию о подготовке землетрясения. С позиции минимального фона и максимальной чувствительности выбирается детектор } -излучения. Энергетическое разрешение детектора менее принципиально, так как излучение проявляется в достаточно широком энергетическом диапазоне. Временная нестабильность спектрометрического тракта - в пределах 2-3% за все время наблюдений. При выводе суммируется число импульсов в заранее заданных энергетических интервалах, соответствующих излучению продуктов радонового и то- ронового рядов: 1,7-2,0 МэВ, 2,5-3,4 МэВ, общей естественной радиоактивности (0,3- 3,4 МэВ), космических лучей (выше 3,4 МэВ). Интервал космических лучей - контрольный, т.к. всплески интенсивности КЛ приводят к возникновению пиков, не связанных с сейсмикой. Сумма импульсов в энергетических окнах периодически регистрируется (достаточно часто) в течение суток. В нашем случае использовался интервал 1,7-2,0 МэВ, из которого вычитались всплески связанные с интервалом космических лучей, строилась суточная кривая, соответствующая вариациям эманации в атмосфере лаборатории и в окружающей гидросистеме и над полученной суточной кривой, которая видна при гармоническом анализе, фиксируются пики, которым впоследствии через вполне определенное время соответствует сейсмособытие. Предварительные измерения показывают зависимость ширины и высоты пика от силы и дальности землетрясения. При этом /S-счетчики дочерних продуктов радона, расположенные в том же рабочем объеме камеры, у-счетчики, расположенные вне низкофоновой камеры, детекторы космических лучей, подобных пиков не дают, откуда делается вывод, что эти пики не связаны с флюидной компонентой, а также прямым воздействием проникающей компоненты космических лучей, регистрируемой сцинтилляционными детекторами. Возможным механизмом является .появление излучения, например нейтронного, в горных породах в ходе подготовки землетрясения и рождение /-квантов в стенках массивной защиты. Источником нейтронов могут служить ядерные реакции, Идущие в горных породах. Учитывая определенную зависимость формы и величины пика от дальности и силы землетрясения, определение места землетрясения может быть реализовано сетью подобных пунктов (в выработках, штольнях, скважинах и т.д.).

Способ опробован в подземной низкофоновой лаборатории в Закавказском регионе (г. Тбилиси). Изучалось энергетическое окно 1,7-2 ОМэВ, частота вывода суммы импульсов - каждый час, проверка показала продолжение рабочего диапазона вплоть до 2,5 МэВ. Установка работала в автоматическом режиме в течение нескольких лет за исключением случаев планового измерения

в ней радиоэлементов в образцах горных пород. Найден период времени между пиком, предшествующим землетрясению и самим сейсмособытием. Для землетрясений с К 5:9 он равен 9 ± 1 сутки. Радиус чувствительности методики экспериментально определен в 200 км для узких пиков. Аномалии типа широкого пика или генераций (наличие рядом с положительным выбросом отрицательного) удалось связать

с особо сильными землетрясениями, удаленными до 3000 км от лаборатории. Параллельный анализ самой суточной кривой (связанной с радоном) повышает информативность анализа состояния напряженнодеформированных горных пород.

Таким образом, информативность и достоверность прогноза возрастает за счет регистрации нового способа контроля состояния горных пород.

Опробование методики в другом - Севе- рокавказском регионе (Краснодарский край) в аналогичной низкофоновой камере на глубине 40 м показало наличие такого же эффекта.

Формула изобретения.

Способ контроля напряженно-дефор- мированного состояния горных пород, включающий регистрацию вариаций во времени естественного радиоактивного фона

датчиком гамма-излучения, установленным под поверхностью Земли, обработку результатов регистрации, по результатам которой фиксируют изменение напряженно-деформированного состояния горных пород, о тличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности, датчиком, установленным в низкофоновой камере, непрерывно измеряют спектр у-излучения в диапазоне энергий до 5 МэВ, регистриру0 ют не реже чем ежечасно количество у- квантов, измеренных по крайней мере в энергетическом интервале 1,7-2,5 МэВ, строят временную зависимость зарегистрированной информации, устанавливают по

ней наличие статистически значимых всплесков, момент появления которых соотносят с моментом времени, предшествующим изменению напряжение - деформированного состояния горных пород.

XXXX)6 X VV 9 AX Ai-V9VgWWWV

99 X 0 y yy9999w999

5 999$0 0 66&999 ЛХХХХ

Использование: в геофизике. Сущность изобретения: осуществляют регистрацию фона в низкофоновой камере гамма-спектрометрическим детектором в диапазоне энергий до 5 МэВ. По наличию статистически значимых всплесков на временной зависимости судят об изменении напряженно-деформированного состояния горных пород. 1 ил.

7777 7//////77/7 /// /777/7//// Z

// /////77/////7//77//У////////