提前监测大地震的地下三井带中心分布式方案
1.(1)本发明所属技术领域
2.本发明属于地球科学、大地震监测预报、电子信息领域，具体涉及可提前监测大地震的地下监测方案的三井带中心分布式方案。
3.(2)该行业的技术发展现状
4.目前大地震提前监测预报仍是国际难题，原因是大地震产生机理不明。大地震监测预报仍在探索之中。总之，目前尚无准确、科学、有效监测预报大地震的理论模型和监测方案及仪器系统。
5.目前探索性监测地震前参数变化的仪器有多种，主要有地磁监测、地电监测、地壳相对位移监测、地下氡气监测等。但都是用于探索性监测地震前后数据变化，用于总结探索规律。目前：大地震仍是不可预测，仍无有效提前预测大地震的理论方案和监测仪器方案及系统。
6.现有探索性监测地震的仪器主要还有：精确监测地面相对位置变化；地磁变化、地电及地下导电率变化；地下氡气产生情况；地震卫星探测等，这些探索性的仪器监测目标主要是地下，但这些精密仪器都没有作用。关键是没有揭示大地震产生机理，没有正确的理论指导，不知道监测哪些参数互相配合才有效，都是被动地探索性地监测地震前后数据变化，用于总结探索规律，但每次总结的规律都不能成为规律，如上所述。
7.总之，目前虽有多类精密仪器设备，但都无监测效果，目前仍无有效预测大地震的理论方案和监测仪器方案及系统。甚至有人认为大地震不可预测。有哲学家认为，揭示大地震有待新科学理论的出现。
8.(3)现有技术中存在的缺陷
9.近年国外出现有提前十几秒监测大地震到来的仪器方案，其实是大地震发生后，根据地震声波与地震射线波传播速度差，提前约十几秒监测到大地震射线，用来提前十几秒预警大地震。原理是：地震射线地下传播速度是接近光速，每秒约30万公里；而地震波是机械波，传播速度近似声波，每秒约1km左右。一般大地震的震源深度为10km左右，破坏性的机械波传到地面约需十秒左右，射线到地面时间可忽略，由此可提前十几秒监测到。实质还是震后提前十几秒监测到。提前十几秒基本没作用，从告知到所人们躲避已来不及，对预防灾害作用不大。
10.近年中国发射地震探测卫星，也是用于探索地震前地面及高空变化情况，发现大地震前有电离层波动现象，但没能从理论角度揭示出地震孕育发展过程模型，认为电离层变化和天气变化属于巧合。现仍是依据老地震理论结构地震学为理论依据进行探索。
11.虽然早年已有监测地磁变化来总结地磁与大地震发生前的变化规律，总结多次后，有时大地震前监测的地磁方向并无变化，又认为地磁变化与大地震无直接关系。虽地磁、地电变化都探索性测试多年，但仍无有效提前监测预报大地震的理论方案及仪器设备；地电探索主要是监测地下电阻率变化，迄今也未总结出切实可靠的规律来预测大的地震。问题仍是没有揭示大地震发生机理，没理论目标可遵循。
12.有人根据地震云出现的规律，来预测大地震，虽可部分凑效，但没有揭示大地震孕
育过程和机理，并不知地震云产生的真正原因，没有正确的科学依据，属于经验规律总结，看见地震云估计近些天可能发生地震，发生在多远？量级多大？位置在哪？却无根据所依，出现地震了就说测对了，其实全球几乎每几天都有地震发生，说对的几率会很大，有人认为是巧合。总之，看地震云猜测地震，无法作为有效的地震预测信息，更不可能用数据来有效预测大地震。
13.总之，现技术缺陷是：没有真正揭示大地震产生机理。用板块运动和断裂产生的地壳榥动、摆动来认识和解释大地震，是片面的，其只适用解释地动性质的小地震，不适用解释大地震现象。其实，地动与大地震机理不同，不能混为一坛，大地震另有新的机理未揭示。因许多深源大地震发生在深度为三十公里至二百多公里深处，地下十几公里深度已是岩浆，不存在板块断裂，深源大地震是怎样产生的呢？现地震理论无法解释；又如：大地震前发现无规律的强无线电波，电台、雷达等受干扰阻断，大地震前板块挤压断裂前如何产生强大无线电波的呢？现地震理论也是无法解释；等等难解现象说明现地震理论存在缺陷问题。将地壳板块运动和晃动产生的地动与大地震混为一谈，也是个理论缺陷。其根本原因是，没有新科学理论的揭示和出现，没法揭示和解释大地震。
14.迄今，地震提前监测预报仍无可行的理论方案和实施方案，目前地震监测预报仍是难题。最大缺陷问题是大地震机理不明，无有效的监测方案，更无提前有效监测大地震的仪器设备方案。
15.(4)本发明要解决的技术问题或发明目的
16.本系列专利的目的是：希望解决大地震提前1-2天有效监测预报问题。本案专利是解决地下监测方案中的地下监测分布方式方案，为系统提供有效数据。
17.本专利是地下监测方案中的三井带中心分布方式的详细方案，所谓三井带中心分布方式是：两个探测井分别位于中心探测井的正东、正北方向，中心探测井上设中心仪器。
18.三井带中心有四种正向组合方案，分别是：中心井加东、北两井；中心井加东、南两井；中心井加西、南两井；中心井加西、北两井；附图和实施案例主要说明中心井加东、北两井；其他组合方案类同。现场应用时，根据需要选用。
19.本发明系列专利总体分为：天空监测部分、地下监测部分、综合监测部分。其地下监测部分又分为地下监测仪器部分和地下分布方式两部分；地下分布方式又分为：四井一中心正向分布方式、四井一中心斜向分布方式；三井带中心分布方式；单井四道正向分布方式、单井四道斜向分布方式；单井两道分布方式，六种设计方案，以适用不同现场环境。
20.关于大地震的提法的说明。老地震理论研究的是板块运动，板块运动产生的是地面晃动，小的缓慢晃动，有时感觉不出来，大的晃动感觉出来，按新理论的分类称地动或小地震。
21.新地震理论揭示大地震产生发展过程，其并非板块断裂引起，是另一种新的机理，因篇幅大这里不能多述。本专利申请中为区别地动式的小地震，将新机理引起的地震称大地震。
22.系列专利分为多个发明与实用新型专利申报。
23.本专利是配合总体方案，用三井带中心分布方式，监测地下电流矢量和电流梯度，设计出更优化的地下监测分布形式。
24.(5)本发明的内容
25.本发明的三井带中心分布方案，其一种代表性方案的特征是，通过中心井和周边两井配合，中心到周边两井方向夹角为90度，监测地下微电流矢量的水平2维方向和垂直方向分量的三维数据，经终端发射网络接口，传入数据中心。
26.其组构形式是：由中心探井；中心水泥地基；分布在东、北两个方向的两个深井；中心仪器；中心光伏板和供电部分；中心信号传输部分；三个井底安放的3个深探测板；三个井口安放的3个浅探测板；三个深探板到中心的连接线；三个浅探板到中心的连接线；二个浅探测板连接线穿线管道或隧道；二个井盖；及其他附件所组成。
27.分布形式和联接关系：东、北两个深井分别分布在仪器中心下中心探井的正东、正北方向，中心到周边两井方向夹角为90度，距离中心约50米至500米，或更远，井直径150mm 以上即可，可根据钻井深度和钻井工具方便性决定，以保证深处金属探测板安放及连接线的敷设，井深约十多米到数百米，根据地理位置要求所定。井深浅与距离中心远近及井大小并不是绝对的，主要是根据总体要求完成电流矢量监测的需要；各个深、浅探测板到中心的连接线，用外覆绝缘程度高、耐腐蚀性能好的绝缘线，且强度高不易断裂。联结方式：东井深探测板联接东井深连接线一头，通过东井筒和东井浅探板到中心的地下穿线管道或隧道，另一头联接到中心仪器对应探头输入端；东井浅探头联接东井浅探头连接线一端，通过浅层地下穿线管道或隧道，另一端联接到中心仪器相应探头输入端；同理，北井深探头、北井浅探头、中心井深探头分别连接相应的连接线，通过井筒和穿线管道或隧道，联接到中心仪器的相应的输入接线端。详见实施案例。
28.此地下三井带中心分布方式，配合中心监测仪器，可以监测地下电流大小和方向矢量，包括东西方向分量、南北方向分量、上下方向分量，及矢量梯度大小和方向，为提前监测地震孕育发展情况提供有效的地下数据。
(6)附图说明
29.附图1是提前监测大地震之地下方案的地下三井带中心分布式方案的地面和地下南北向截面图。图1中，gnd为地面；jb为北井；jz为中心井；tsb为北井深探测板；tqb为北井浅探测板；tsz为中心井深探测板；tqz3为中心浅探测板3，用于与北井浅探测板tqb匹配； lsb为北井深探测板连接线；lqb为北井浅探测板连接线；lsz为中心井深探测板连线；lqz3 为中心浅探测板3连线；gdb为北井至中心连线的穿线管道或隧道；jgb为北井盖；zcp为中心水泥基座；yq为监测点中心仪器；gfb为光伏板和不间断电源；at为数据发射天线；fhs 为地面监测点防护室；图中汉字“北”用以标明箭头指向为北；汉字“南”用以标明箭头指向为南；汉字“地下”两字用以标明箭头指向地下。
30.附图2是提前监测大地震的地下方案的三井带中心分布方式方案的地面和地下东西方向截面图。图2中，gnd为地面；jn为南井、jd为东井；jz为中心井；tsd为东井深探测板； tqd为东井浅探测板；tsz为中心井深探测板；tqz1为中心浅探测板1，用于与东井浅探测板 tqd匹配；lsd为东井深探测板连接线；lqd为东井浅探测板连接线；lsz为中心井深探测板连线；lqz1为中心浅探测板1连接线；gdd为东井至中心连线的穿线管道或隧道；jgd为东井盖；zcp为中心水泥基座；yq为监测点中心仪器；gfb为光伏板和不间断电源；at为数据发射天线；fhs为地面监测点防护室；图中汉字“西”用以标明箭头指向为西；汉字“东”用以标明箭头指向为东；汉字“地下”两字用以标明箭头指向地下。
31.附图3是地下监测方案的三井带中心分布式方案的总体分布图。图3中，jd、jb、jz分别为东、北、中心、三个探测井；tsd、tsb、tsz、分别为东、北、中心三井的井底深探测板，用导电金属板或金属网制作；tqd、tqb分别为东、北两井口安装的浅探测板，用导电金属板或金属网制作；lsd、lsb、lsz、分别为东、北、中心三井地下深探测板到中心的连接线；lqd、 lqb分别为东、北两井口下安装的浅探测板到中心的连接线；gdd、gdb分别为东、北两井到中心点联接线的穿线管道或隧道；tqz1、tqz2、tqz3分别为中心三个浅探测板；lqz1、lqz2、 lqz3分别为中心三个浅探测板到仪器的连接线；zcp为中心仪器的水泥基座；cxk为水泥基座上的出线孔。
32.附图4是地下监测方案的三井带中心分布方式的中心监测仪器内部电路原理方框图。附图4中：lqd、lqz1分别为东井与中心浅探测板连接线的接线端；lqb、lqz3分别为北井与中心浅探测板连接线的接线端；lsd、lsz分别为东井与中心井深探测板连接线的接线端；lsb、lsz分别为北井与中心井深探测板连接线的接线端；lqb、lsb分别为北井浅探头与井底深探头连接线的接线端；lqd、lsd分别为东井的井口浅探头与井底深探头连接线的接线端；lqz2、 lsz分别为中心井的井口浅探头与井底深探头连接线的接线端；f1、f2、f3、f4、f5、f6、 f7分别为高精密运算放大器；add为单片机控制的模拟\数字转换器；dpzyk为数字式幅度监测与增益控制电路；dpjfx为数据暂存与预处理电路；bmjm为数据发射前的编码处理电路； cksf为数据传输接口电路；at为无线发射天线；wjk为对外网络接口电路；pow为直流供电稳压电源；dc+为正电源输入端；dc-为负电源输入端；kzzx为多路并行或串行增益控制线，为简明用单线带箭头表示。
33.(7)实施方案
34.本发明的地下监测方案的三井带中心分布方式的组构，总体由东、北、中心三个探测井 jd、jb、jz；安装于东、北、中心三个探井的井底深处的深探测板tsd、tsb、tsz；安装于东、北、中心三探井的井口下面的浅探测板tqd、tqb、tqz2；东、北、中心三探井深探测板到中心仪器的连接线lsd、lsb、lsz；东、北、中心三探井井口安装的三个浅探测板到中心仪器的连接线lqd、lqb、lqz2；东、北两井到中心仪器的穿线管道或隧道gdd、gdb；中心浅探测板tqz1、tqz3；中心浅探测板连接短线lqz1、tqz3；中心仪器水泥基座zcp；水泥基座上的出线孔zcxk；东、北两井盖jgd、jgb；地下监测中心仪器yq；光伏板gfb；不间断供电电源pow；数据发射天线及馈线at；地下监测点防护室fhs；所组成。结构图见附图1、附图 2、附图3。
35.其结构分布关系是：三井与探测中心位置分布关系是，东井jd位于中心正东方向；北井 jb位于中心正北方向，中心到周边两井方向夹角为90度；中心井jz位于中心下面，三井深约10米至200米根据地理位置和系统要求确定；东、北两井分别距探测中心点的距离通常情况下相等，特殊情况可不相等，距离约30米至500米乃至上千米，根据地理位置及系统要求决定；中心井jz的井口紧接中心仪器的水泥基座zcp；东、北、中心三井底部分别安放三个金属探测板tsd、tsb、tsz；此三个金属探测板tsd、tsb、tsz上有联结螺栓，分别紧固链接于外覆绝缘层连接导线lsd、lsb、lsz的一端，外覆绝缘层联接导线lsd、lsb分别通过井筒再穿入地下穿线管道或隧道gdd、gdb，另一端分别连接到中心仪器接线端，外覆绝缘层联接线lsz通过井筒另端直接连接中心仪器接线端，再分别连接到中心仪器yq内的lsd、lsb、 lsz输入端子；东、北两个井口在地面下约1米分别安装有浅探测板tqd、tqb，分别紧固于两根外敷绝缘层联接线lqd、lqb的一端，通过地下穿线管道或隧道gdd、gdb，另端分别连接到中心
接线端，再分别连接中心仪器yq内的lqd、lqb输入端子；中心井口分别安装三个浅探测板tqz1、tqz2、tqz3，分别联接浅探测板联接线lqz1、lqz2、lqz3，穿过水泥基座穿线孔cxk，另端分别联接到中心接线端；外敷绝缘层联接线lqd、lqb、lsd、lsb分别敷设于中心到东、北两井的地下穿线管道或隧道gdd、gdb内；中心水泥基座zcp位于东、北两井中心，又位于中心井jz井口上面；中心水泥基座zcp安装于地面下并露出地面上一定距离，以便于安放中心仪器，水泥基座zcp内有进出线穿线孔，进出线孔分别与两个隧道和三个浅探测板联接线连通，便于联接线通过；中心仪器yq，通过绝缘板或木板安放于水泥基座zcp上面，也可直接安放于zcp上面；光伏板gfb和不间断供电电源pow安装于水泥基座zcp上面，方向可调整以获最大采光量，也可通过安装支撑架安装于中心地面上；无线发射天线和馈线，可安装于中心仪器yq上，也可通过延长馈线安装于防护室fhs外；防护室fhs覆盖中心仪器设施。太阳能光伏板固定于防护室fhb外朝向太阳光，或固定于带透光玻璃的防护室fhs内；两个井盖jgd、jgb分别盖于两个井口，井盖上覆土至地面，不影响地面耕种。
36.所述的地下监测中心仪器yq，原理方框图如图4，其内部结构特征是：由数控增益高精运算放大电器f1、f2、f3、f4、f5、f6、f7；单片机控制的模拟\数字转换器add；数字式幅度监测与增益控制电路dpzyk；数据暂存与预处理电路dpjfx；数据发射前的编码处理电路 bmjm；数据传输接口电路cksf；多路并行或串行增益控制线kzzx；东、北、中心三井浅探测板接线端lqd、lqb、lqz2；东、北、中心三井深探测板接线端lsd、lsb、lsz；中心浅探测板接线端lqz1、lqz3；中心直流供电稳压电源pow；无线发射天线at；网线接口电路wjk；正、负电源输入端dc+、dc-所构成。
37.其联接关系是：数控增益高精运算放大电器f1的2输入端分别接东井和中心浅探测板接线端lqd、lqz1；同理，f2的2输入端接lqb、lqz3；f3的2输入端接东井与中心井深探测板接线端lsd、lsz；f4的2输入端接北井与中心井深探测板接线端lsb、lsz；f5的2输入端分别接北井浅、深两探测板接线端lqb、lsb；f6的2输入端分别接东井浅、深两探测板接线端lqd、lsd；f7的2输入端分别接中心井浅、深两探测板接线端lqz2、lsz；数控增益高精密运算放大电器f1-f7输出端分别接单片机控制的模拟\数字转换器add的多路摸拟输入端；add的数据线联接数字式幅度监测与增益控制电路dpzyk，dpzyk输出的增益控制信号，经多路并行或串行增益控制线kzzx分别接f1
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f7的增益控制输入端；add的数据线同时联接数据暂存与预处理电路dpjfx；dpjfx输出数据联接数据发射前的编码处理电路bmjm；经 bmjm编码处理的数据转换成串行发送数据，联接到接口电路cksf；cksf调制解调信号一路接无线发射天线at，另一路联接网线接口wjk，两路网络传输方式供选择；直流供电稳压电源pow的输入端分别联接正、负电源输入端dc+、dc-，稳压输出端分别联接中心仪器各电路的供电输入端。
38.本案所述的三井与探测中心位置分布关系，其特征是：中心到两井方向夹角为90度，东、北两井分别位于中心井的正东、正北方向，方向角度有点偏差影响不大，中心井位于中心仪器下面，紧接中心仪器水泥基座zcp，中心到各井距离未有严格限定，可根据不同现场要求设定。
39.所述的直流供电稳压电源pow，其特征是由内部蓄电池和稳压电路及输入电压自适应切换控制电路所组成，其连接关系是：直流供电稳压电源pow的输入端联接蓄电池，蓄电池输入联接电压自适应切换控制电路输出，光伏发电板gvb输出端联接电压自适应切换
控制电路输入端；直流稳压电源pow输出端联接中心仪器供电输入端；根据不同现场需要，直流供电稳压电源pow供电输入端还可分别联接市电供电、风力发电供电、原子能电池供电、及其他新能源供电的输出端，形成综合储能供电方式。根据现场情况，可以组成市电与太阳能综合供电方式；市电与风电综合和供电方式；风电与太阳能综合供电方式等，其供电部分的内部结构属现有技术，相对比较简单，在此不多叙述。
40.所述的三井带中心分布方式，根据中心到周边两井方向夹角为90度的特征，改变周边监测井方向位置还有多种组合方式，正向组合方式分别是：东井、南井与中心井的组合方式；西井、南井与中心井的组合方式；西井、北井与中心井的组合方式；斜向组合方式是：东南、东北井与中心组合方式；东南、西南并与中心组合方式；西北、西南井与中心组合方式；东北、西北井与中心组合方式，此四种斜向组合方式计算比较麻烦，需要更换仪器算法，遇特殊地理环境也可以应用，此七种分布方式的结构与联接关系与上述实施方案所述的结构关系相同，同属本案三井带中心分布方式方案范围。
41.本案所述的其他各部分，其特征是：所述的其它各部分，在符合总体布局基础上各部分细节还可优化完善改动，细节改动仍可更好实现本方案功能，本案不可能更详尽叙述，同行技术人员在整体方案基础上的细节改动，仍属该专利保护范围。如不装太阳能板，用市电供电、风力发电或用原子能电池供电代替光伏板发电供电、用其他通信方式等等。
42.(8)本发明的先进优特点
43.三井带中心分布方式案，其先进特点是：此方案比四井一中心方案略为简单，但也可以较完整的监测地下电流矢量、地下电位矢量和地下电流梯度方向，包括三个方向上的分量和三个方向上的梯度。东、中心两井的浅层探测点tqd、tqz1监测浅层东西方向上的电流分量，可是正、负数值；北、中心两井口浅测点tqb、tqz3监测浅层南北方向上的电流分量，可正、负数值；东、中心两井深探测点tsd、tsz监测深层东西方向上的电流分量，可正、负数值；北、中心两井深探测点tsb、tsz监测深层南、北方向上的电流分量，可正、负数值；深层与浅层的差值可监测东西、南北2维方向上在深度方向上的梯度；东、北、中心三井分别有深层探测板和浅层探测板，分别监测深度方向上的地下电流数值，可测算出深度方向上地下电流梯度，取平均值可为该点深度方向的分量，与东西方向分量和南北方向分量，构成该监测点三维地下电流矢量、电位差矢量、梯度方向数据，传送数据中心，供整体监测分析；三井深度方向的差值，可监测出深度方向上的南北方向梯度数值和东西方向梯度数值，送数据中心，为分析大地震所用。
44.(9)意义和积极效果
45.本发明的大地震地下监测方案的三井带中心分布式方案和仪器设备结构，可完整地监测地下三维电流矢量、三维电位矢量、三维电流矢量在三个方向上的分量及梯度数据，还可兼顾监测地下电阻率、导电率参数。监测数据送云中心分析，配合其他监测点数据，可望能提前监测分析出大地震孕育情况和孕震中心位置，解决大地震有效预测问题。