СИСТЕМА РЕГИСТРАЦИИ ВЕЛИЧИНЫ ПОТОКА ПАРОВ РТУТИ ИЗ ЗЕМНОЙ КОРЫ

Система регистрации величины потока паров ртути из земной коры.
Полезная модель относится к исследованию физических и химических процессов, происходящих в недрах земной коры, в частности, к устройствам для регистрации пространственно-временных концентрационных вариаций потока паров ртути из земной коры в атмосферу и может быть использована для прогнозирования землетрясений в сейсмически активных районах.
Известно устройство для регистрации подпочвенного радона, используемого в качестве прогностического параметра землетрясений  Авт. свид. СССР № 1796066, кл. G 01 V 5/00, опубл. 1993 г.. Устройство включает в себя камеру облучения, камеру регистрации, помещенные в термоизолированную защитную трубу с крышкой. Между камерами облучения и регистрации имеется окно с защитной пленкой, над которым расположена направляющая рамка с размещенной в ней перфорированной лентой и закрепленными на ней трековыми детекторами. Устройство имеет также лентопротяжный механизм и таймер, с помощью которого задается время экспозиции.
Перед началом работы устройства камера регистрации герметизируется и все устройство опускается в скважину, обсаженную трубой, верхний объем которой также герметизируется. Поступающий в камеру радон облучает экспонируемый детектор, закрепленный на ленте, и по истечении времени заданной экспозиции лента смещается на новый необлученный детектор.
МКИбОО V5/00
G 01 N7/00
ты измерений неопределенных компонентов (т.е. неинформативных параметров), а также невозможность использования устройства для очень длительных измерений прогностических параметров, которые необходимы при выдаче заключений о предстоящем событии.
Известна система автоматического контроля многокомпонентных потоков, выбранная в качестве прототипа, предназначенная для регистрации состава газовых или жидкостных потоков, являющихся предвестниками землетрясений Авт. свид. СССР № 1089485, кл. GO IN 7/00, опубл. 1984 г.. Система включает пробоотборник, анализатор состава, соединенные между собой линией транспортирования пробы, емкость с входным и выходным патрубками и источник фонового потока, подключенные к анализатору состава. Система содержит также программное устройство, устройство регистрации аналитического сигнала и систему переключателей потоков, в качестве которых могут быть использованы пневмо- или электромагнитные клапаны. Последние подключены управляющими входами к программному устройству. В качестве источника фонового потока может быть использован компрессор, нагнетающий воду или воздух (в зависимости от анализируемого потока). При изучении состава газовой фазы в качестве пробоотборника используют газоотделители, а в качестве анализаторов - масс-спектрометрические, ионизационные и другие датчики.
Работа системы задается программным устройством и реализуется с помощью переключателей потока в 3 цикла:
-анализ потока на содержание отдельных компонентов;
-измерение концентрации компонентов анализируемого потока;
Система позволяет с достаточной чувствительностью проводить измерения концентрации компонентов газовых потоков, однако недостатком системы является ее конструктивная сложность, а также сложность ее эксплуатации в условиях длительного временного контроля компонентов - предвестников землетрясения.
Задачей полезной модели является создание новой системы, позволяющей с высокой чувствительностью и точностью проводить регистрацию нового прогностического параметра предсказания землетрясения - вариации потока паров ртути из земной коры в условиях его длительного временного контроля.
Поставленная задача решается тем, что в систему включается пробоотборник, анализатор и устройство регистрации аналитического сигнала, помимо этого в систему включены устройство накопления и десорбции ртути, линия транспортировки пробы в анализатор, а также линия возврата анализируемого воздзоса, на которой установлены микронасос и стабилизатор газового потока, и которая соединяет измерительную ячейку анализатора и пробоотборник, а устройство накопления и десорбции расположено на линии транспортировки пробы в анализатор и состоит из биспирального золотого коллектора паров ртути, батареи конденсаторов, разрядом которых через коллектор осуществляется термодесорбция накопленной на коллекторе ртути, и таймера, с помощью которого можно задавать время накопления ртути на коллекторе.
На фиг. 1 представлена схема предложенной системы регистрации величины потока паров ртути из земной коры.
На фиг. 2 представлены результаты измерений потока ртутных паров перед землетрясением 29 сентября 1981 г. в Душамбе.
Использование нового прогностического параметра - регистрация концентрационных вариаций потока паров ртути, восходящих из земной коры, основано на том, что дегазация земной коры является основным источником ртути в атмосфере и ее можно представить, как дегазацию или испарение ртути из верхнего слоя литосферы (почв и горных пород) за счет химических процессов, деятельности микроорганизмов, а также планетарную ртутную дегазацию верхней мантии. Помимо этих общих процессов величину восходящего из земной коры потока ртутных паров определяют также механические напряжения и деформации горных пород в точке измерения, при которой становится подвижной и выделяется часть ртути, характеризующаяся низкими энергиями связи (1-3 ккал/моль). Эта ртуть находится в адсорбированном состоянии на поверхности частиц и по плоскостям спайности зерен минералов, составляющих породу. Данные исследований подтверждают, что при механическом разрушении твердых тел газовыделение идет не только за счет газов, содержащихся в породах и включениях, но и за счет образования свежих поверхностей, по геологическим разломам. Измерение таких потоков и регистрация их концентрационных изменений требует применения высокочувствительной аппаратуры, а также устранения факторов, включая метеорологические, которые могут существенно влиять на результаты измерений.
Устройство состоит из пробоотборника 1, блока накопления паров ртути 2, включающего сорбционный узел накопления ртути в виде биспирального золотого коллектора 3, узел десорбции 4 в виде батареи конденсаторов и таймер 5, электрически соединенный с узлом десорбции, и установленного на линии транспортирования пробы 6
анализатора 7, соединенного с блоком регистрации аналитического сигнала 8, линии возврата проанализированного потока 9, соединяющей выходной газовый канал анализатора 7 и пробоотборник 1 через побудитель 10 в виде микронасоса и стабилизатор газового потока 11. Пробоотборником 1 служит плоский квадратный короб из винипласта размером 50x50x5 см, размещенный верх дном на дне (грунте) выкопанной в полу подземного бункера ямы глубиной не менее 1 м и засыпанная сверху грунтом для устранения влияния метеорологических факторов на результаты измерений. Суточные и сезонные изменения температуры в пробоотборнике не превышают 0,05 °С, температуру в бункере стабилизирзлют на уровне 22 ± 0,5 °С. На наружной стороне днища пробоотборника 1 в противоположных углах расположены патрубки, соединенные изготовленными из поливинилхлоридных трубок линиями транспортирования пробы 6 и возврата проанализированного потока 9 с входным и выходным газовыми каналами ртутного анализатора 7, соответственно. Всю ртуть после измерения возвращают в пробоотборник 1. Для предварительного накопления (концентрирования) паров ртути используют биспиральный золотой коллектор 3, выполненный в виде кварцевой трубки с расположенной внутри спиралью из нихромовой проволоки, на которую навита тонкая золотая проволока, на поверхности которой и сорбируются пары ртути из потока проходящего через коллектор 3 газа. Узел десорбции состоит из батареи конденсаторов 4, при разряде которых через коллектор 3 происходит импульсный нагрев нихромовой и золотой проволок. В качестве анализатора 7 используют атомнофлуоресцентный фотометр, а в качестве блока регистрации аналитического сигнала 8 - самописец, цифропечатающее устройство или
ЭВМ. Градуировку анализатора 7 осуществляют инжекционным (шприцевым) методом по насыщенным парам ртути один раз в сутки. Измерения проводят в круглосуточном автоматическом режиме с интервалом между измерениями 1 час.
Система работает следующим образом.
Пары ртути, поступающие в пробоотборник 1 через нижнюю открытую его часть, смешиваются с находящимся в пробоотборнике 1 воздухом (газом) и по линии транспортирования пробы 6 подаются со скоростью 0,4 л/мин в блок накопления паров ртути 2 , где адсорбируются на биспиральном золотом коллекторе 3. По истечении заранее заданного времени, таймером 5 выдается сигнал об окончании процедуры накопления и на включение процедуры десорбции накопленной ртути, по которому через коллектор 3 осуществляется разряд батареи конденсаторов 4, в результате чего происходит импульсный нагрев нихромовой и золотой проволок, накопленная ртуть десорбируется и потоком прокачиваемого газа переносится в аналитическую ячейку анализатора 7, где происходит измерение аналитического сигнала, а затем по линии возврата 9 возвращается в пробоотборник 1. Таким образом все операции осуществляются в замкнутой газовой системе: пробоотборник 1 - биспиральный золотой коллектор 3 - фотометр микронасос 10 - пробоотборник 1.
Регистрацию потока паров ртути земная кора-атмосфера проводили около г. Душанбе, Таджикистан в 1981-1985 г.г. Всего было проведено более 25000 измерений.
Обработка полученных результатов показала, что их распределение подчиняется логнормальному закону со средним значением потока ртутных паров, равным 0,22x10 г/(м .час). Размах вариаций
величин потока составил около 3 порядков величипы. Наряду со случайными вариациями наблюдались периодические колебания с различными периодами и амплитудами. Автокорреляционный и Фурьеанализ показали наличие гармонических составляющих с периодами 11,4; 23,4 часа и 13,6 суток. Это соответствует приливно-отливным колебаниям земной коры, возникающим при гравитационном взаимодействии Земли с Луной и Солнцем и указывает на высокую чувствительность потока паров ртути к деформациям подстилающих горных пород, составляющим 10 -  отн.
За весь период измерений был зарегистрирован 51 предвестник землетрясения. Например, перед землетрясением 29 сентября 1981 г. в Душанбе магнитудой 3 балла и эпицентром, расположенным на расстоянии 20 км от точки измерения, было получено увеличение потока ртутных паров в 5 раз за 29 часов и в 90 раз за 19 часов до землетрясения. Нродолжительность предвестников обычно составляла 6-10 часов. За период измерений с 1981 по 1985 г. на станции около г. Душанбе ( Таджикистан), был зафиксирован 51 предвестник землетрясения. (фиг.2).
Нолученная информация показала высокую чувствительность предлагаемой системы, а также за счет простоты конструкции и эксплуатации возможность ее использования для исследования сложных геологических и тектонических процессов, а также предсказания времени и интенсивности землетрясений. Предел обнаружения деформаций земной коры по изменению потока ртутных паров составляет 10%ли1 А/м.