Способ контроля напряженно-деформированного состояния горных пород

 

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.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (st)s G 01 Ч 5/00

ГосудАРстВенное пАтентное

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ(. еми д . —: .г

К ПАТЕ НТУ (54) СПОСОБ КОНТРОЛЯ НАПРЯЖЕННОДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ

ГОРНЫХ ПОРОД (57) 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. вующим статистически значимым "вспле(21) 4811817/25 (22) 09.04.90 (46) 23,05.93. Бюл. М 19 (71) Институт физики Земли им. О.Ю.Шмидта АН СССР (72) И,О.Невинский, Т.В.Цветкова и M.À.ßðîñлавский (73) И.О,Невинский (56) Ging Zhlgno Radon changes tn surface soll

9аз, G,Selsmol. Res. 1987, ч. 40, N 5, р, 553-560.

Сурков Ю,А. и др. Низкофоновый спектрометр.— М.: Атомная энергия, т. 34, вып. 2, 1973. с. 125, 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, соответст„„5Ц„, 1817858 А3 скам", используемым в качестве предвестника землетрясений, выносят суждение о месте и времени предстоящего сейсмособытия.

Низкофоновая камера, находящаяся в подземном помещении с глубиной, достаточной для поглощения мягкой компоненты космических лучей, состоит из массивной многослойной защиты 1, детектора у-излучения 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 возмож1817858 ность наблюдения пиков излучений, несущих информацию о. подготовке землетрясения. С позиции минимального фона и максимальной чувствительности выбирается детектор 1излучения. Энергетическое разрешение детектора менее принципиально, так как излучение проявляется в достаточно широком энергетическом диапазоне.

Временная нестабильность спектрометрического тракта — в пределах 2 — Зф за все время наблюдений. При выводе суммируется число импульсов в заранее заданных энергетических интервалах, соответствующих излучению продуктов радонового и торонового 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

МэБ, из которого вычитались всплески связанные с интервалом космических лучей, строилась суточная кривая, соответствующая вариациям эманаций 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 Р-счетчики дочерних продуктов радона, расположенные в том же рабочем обьеме камеры, y 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,появле ние излучения, например нейтронного, в горных породах в ходе подготовки землетрясения и рождение у-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 (e выработках, штольнях, скважинах и т.д.), Способ опробован в подземной ниэкофоновой лаборатории в Закавказском регионе (r. Тбилиси). Изучалось энергетическое окно 1,7-2 ОМэВ, частота вывода суммы импульсон — каждый час, проверка показала продолжение рабочего диапазона вплоть до

2,5 МэВ, Установка работала в автоматическом режиме в течение нескольких лет эа исключением случаев планового измерения

10 в ней радиоэлементов в образцах горных пород. Найден период времени между пиком, предшествующим землетрясению и са- мим сейсмособытием. Для землетрясений с

К >9 он равен 9++1 сутки. Радиус чувстви"5 тельности методики экспериментально определен в 200 км для "узких" пиков.

Аномалии типа "широкого пика" или "генераций" (наличие рядом с положительным выбросом отрицательного) удалось связать

20 с особо сильными землетрясениями, удаленными до 3000 км от лаборатории. Параллельный анализ самой суточной кривой (связанной с радоном) повышает информативность анализа состояния напряженно25 деформированных горных пород.

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

Опробование методики в другом — Северокавказском регионе (Краснодарский край) в аналогичной низкофоновой камере на глубине 40 м показало наличие такого же эффекта, 35 Формула изобретения.

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

40 датчиком гамма-излучения, установленным под поверхностью Земли, обработку результатов регистрации, по результатам которой фиксируют изменение напряженно-деформированного состояния горных пород, о т45 лича ю щийся тем,что,сцельюповышения чувствительности, датчиком, установленным в низкофоновой камере, непрерывно измеряют спектр у-излучения .в диапазоне энергий до 5 МэБ, регистриру50 ют не реже чем ежечасно количество квантов, измеренных по крайней мере в энергетическом интервале 1,7-2,5 МэВ, строят временную зависимость зарегистрированной информации, устанавливают по

55 ней наличие статистически значимых всплесков, момент появления которых соотносят с моментом времени, предшествующим изменению напряжение — деформированного состояния горных пород, 1817858

Редактор Т. Иванова

Заказ 1741 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул, Гагарина, 101

Сдпг

ЦЯ ауи

БЕ ы

Составитель И. Невинский

Техред М. Моргентал Корректор М, Куль