阅读说明：本技术 断裂稳定性的评估系统及方法 (Fracture stability evaluation system and method ) 是由 陈国能 曾强 于 2019-10-12 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种断裂稳定性的评估系统及方法。本发明的断裂稳定性的评估系统包括若干监测站、一联网计算设备和一评估计算设备,每一个监测站包括至少三个监测电极、监测仪器和本地计算设备,监测仪器与每一个监测电极连接,并检测每组监测测道内两个监测电极之间的电物理量差；本地计算设备根据该电物理量差采用插值法勾勒出断裂破碎带中断裂电场的等势线并将该等势线发送至联网计算设备；联网计算设备根据等势线确定每个断裂电场的压电部位方向的相交部位为断裂破碎带的压电部位,所述评估计算设备将该压电部位的位置参数以及预设的压电部位大小参数输入断裂稳定性评估模型。本发明的断裂稳定性的评估系统能提高断裂破碎带稳定性评估的准确度。(The invention relates to a fracture stability evaluation system and method. The fracture stability evaluation system comprises a plurality of monitoring stations, a networking computing device and an evaluation computing device, wherein each monitoring station comprises at least three monitoring electrodes, a monitoring instrument and a local computing device, the monitoring instrument is connected with each monitoring electrode, and the difference of the electric physical quantity between the two monitoring electrodes in each monitoring channel is detected; the local computing equipment draws an equipotential line of a breaking electric field in the breaking zone by adopting an interpolation method according to the electro-physical quantity difference and sends the equipotential line to the networked computing equipment; and the networked computing equipment determines the intersecting part of the piezoelectric part direction of each fracture electric field as the piezoelectric part of the fracture zone according to the equipotential lines, and the evaluation computing equipment inputs the position parameters of the piezoelectric part and the preset size parameters of the piezoelectric part into the fracture stability evaluation model. The fracture stability evaluation system can improve the accuracy of fracture zone stability evaluation.)

断裂稳定性的评估系统及方法

技术领域

本发明涉及地电场探测领域，特别是涉及一种断裂稳定性的评估系统及方法。

背景技术

断裂电场是指分布于断裂破碎带中及其附近的电场，如图1所示，断裂电场形成的先决条件是压应力的存在，而这种压应力实则就是断裂两盘块体的相互作用力，其从地震的成因中可以阐明。以应力集中来解释形成断裂电场的压电效应中的压力来源后还需有序排列的压电矿物。而大陆地震震源深度多在5-25km之间的所谓“大陆地震层”内的事实，表明断裂面上的应力集中点主要出现在地表以下5-25km的地壳深部，这一深度正是花岗岩层的分布范围。因此当断裂切割至该深度范围，必然会存在有序排列的石英矿物，当断裂两盘发生应力集中时自然而然就会产生压电效应，这也就是断裂中电场的来源。根据上述原理可知断裂压电部位实质上是断面上阻挠断裂两盘发生相对运动的阻碍部位，同时也是潜在的地震发震震源，即压电部位。因此断裂电场的强度只与这一阻碍部位的应力相关，而阻碍部位的大小取决于断面的粗糙程度，与断裂的力学性质和运动学性质无关。

如图2所示，压电部位的压电效应可以被视作“电源”，然而这一电源可能存在于地表之下数乃至十数公里的深度，人类要在地表对该电源进行观测，就必须有“导线”这一概念，这一“导线”就是断裂本身。据现有超深钻资料表明，在陆壳深部依然有着水的存在，而在裂隙发育的断裂内，水可作为电流载体，其良好的导电率可使得产生于断裂深部的压电电流到达浅表地区，从而形成断裂电场。

对于断裂电场不同部位，其强度亦大小不一，越接近“电源”，电场强度越大。相对于断裂带内部，其上下两盘由于裂隙的不发育，导致了其内含水量远小于断裂带本身，使得两盘基本处于绝缘状态。当断裂带中的压电电流传导至地表，会与浅表水接触从而产生“漏电现象”。换而言之，前述各种方法所测得的震前地电异常实质上就是断裂电场在浅表含水层中的辐射作用所形成的“漏电电场”(见图2)，而这种“漏电电场”实质上就是断裂电场在地表部位的延伸。我们将之称为断裂电场的地壳浅部扩散电场，以下简称断裂扩散电场。

现有的地震预报方法，实际上是地震已经发生，利用电磁波与机械波的时间差进行的极限时间预报，实际上无发进行地震的预测。目前学术界还通过一些模型对地震进行研究，例如墨尔本大学开发的开源数值模拟软件Underworld，以及商业软件abaqus，研究人员根据监测区域确定好该监测区域对应的数值模拟模型的大小及材料参数后，根据断裂破碎带的潜在孕震区或压电部位的深度，以及压电部位的大小便可建立断裂稳定性的评估模型，从而可以根据该模型计算出压电部位的应力张量变化，当该压电部位的应力张量达到临界值时，则会影响断裂破碎带的稳定，有可能导致地震的发生。但现有的自然电场法无法准确检测断裂电场的压电部位，即断裂破碎带压电部位的位置，从而导致断裂稳定性评估模型无法准确评估断裂破碎带的稳定性。

发明内容

基于此，本发明的目的在于，提供一种断裂稳定性的评估系统及方法，其能够提高断裂破碎带稳定性评估的准确度。

第一方面，本发明实施例提供了一种断裂稳定性的评估系统，包括：

若干监测站和一联网计算设备，其中，每一个监测站包括：

至少三个监测电极、监测仪器和本地计算设备，每两个监测电极构成一组监测测道；

所述至少三个电极位于同一平面上，且所述平面平行于断裂破碎带的断面，以及至少两个监测电极作为深度电极通过探测钻孔安装于基岩面之下的断裂破碎带中；

每两个监测电极不同时位于同一水平面，或者，每两个监测电极之间的电物理量差的数值不为零，且每个监测电极的电物理量变化趋势一致；

所述监测仪器与每一个监测电极连接，并检测每组监测测道内两个监测电极之间的电物理量差，并将该电物理量差发送至所述本地计算设备；

所述本地计算设备根据该电物理量差采用插值法对每组监测测道内的两个监测电极之间进行电物理量等差点的插值，并将一监测电极作为参考点，连接不同组监测测道的电物理量等差点，从而勾勒出断裂破碎带中断裂电场的等势线，并将该等势线发送至所述联网计算设备；

所述联网计算设备根据每个监测站的本地计算设备所勾勒出的断裂破碎带中断裂电场的等势线，确定每个监测站所检测的断裂电场的压电部位方向，其中，每个监测站所检测的断裂电场的压电部位方向为垂直于该断裂电场的等势线向下的方向；并根据每个监测站所确定的断裂电场的压电部位方向，确定每个断裂电场的压电部位方向的相交部位为断裂破碎带的压电部位；

所述评估计算设备将该压电部位的位置参数以及一预设的压电部位大小参数输入断裂稳定性评估模型，并调整输入该模型的预设压电部位大小参数，以使所述断裂稳定性评估模型所模拟输出的在所述至少三个电极的电物理量差趋近于所述监测仪器所检测的所述至少三个电极的电物理量差。

进一步地，每个监测站的所述深度电极的数量为至少三个，且每个深度电极通过不同的探测钻孔安装于基岩面之下的断裂破碎带中。

进一步地，每个监测站的每两个深度电极构成一组监测测道，所述监测仪器与每一个深度电极连接，并检测每组监测测道内两个深度电极之间的电物理量差；

或者，

每个监测站还包括一设置于断裂破碎带的浅表土层中的浅表电极，每两个深度电极构成一组监测测道，所述监测仪器与每一个深度电极以及浅表电极连接，并检测每个深度电极与浅表电极之间的电物理量差，以及根据每个深度电极与浅表电极之间的电物理量差获取由深度电极构成的每组监测测道内两个深度电极之间的电物理量差。

进一步地，每个监测站的所述深度电极的数量为至少三个，且其中至少两个深度电极通过同一探测钻孔安装于基岩面之下的断裂破碎带中，该两个监测电极在该探测钻孔中的安装深度不同。

进一步地，每个监测站的所述至少三个监测电极包括一浅表电极和两个深度电极；

所述浅表电极安装于断裂破碎带的浅表土层中，所述两个深度电极通过不同的探测钻孔安装于基岩面之下的断裂破碎带中。

第二方面，本发明实施例提供了一种断裂稳定性的评估方法，包括如下步骤：

将从联网计算设备获取的压电部位的位置参数以及一预设的压电部位大小参数输入断裂稳定性评估模型；其中，所述联网计算设备获取若干监测站中每个监测站的本地计算设备所勾勒出的断裂破碎带中断裂电场的等势线，根据每个监测站的本地计算设备所勾勒出的断裂破碎带中断裂电场的等势线，确定每个监测站所检测的断裂电场的压电部位方向；每个监测站所检测的断裂电场的压电部位方向为垂直于该断裂电场的等势线向下的方向；每一个监测站包括：至少三个监测电极、监测仪器和本地计算设备，每两个监测电极构成一组监测测道；所述至少三个电极位于同一平面上，且所述平面平行于断裂破碎带的断面，以及至少两个监测电极作为深度电极通过探测钻孔安装于基岩面之下的断裂破碎带中；每两个监测电极不同时位于同一水平面，或者，每两个监测电极之间的电物理量差的数值不为零，且每个监测电极的电物理量变化趋势一致；所述监测仪器与每一个监测电极连接，并检测每组监测测道内两个监测电极之间的电物理量差，并将该电物理量差发送至所述本地计算设备；所述本地计算设备根据该电物理量差采用插值法对每组监测测道内的两个监测电极之间进行电物理量等差点的插值，并将一监测电极作为参考点，连接不同组监测测道的电物理量等差点，从而勾勒出断裂破碎带中断裂电场的等势线；所述联网计算设备根据每个监测站所确定的断裂电场的压电部位方向，确定每个断裂电场的压电部位方向的相交部位为断裂破碎带的压电部位；

根据每个监测站所确定的断裂电场的压电部位方向，确定每个断裂电场的压电部位方向的相交部位为断裂破碎带的压电部位。

进一步地，每个监测站的所述深度电极的数量为至少三个，且每个深度电极通过不同的探测钻孔安装于基岩面之下的断裂破碎带中。

进一步地，每个监测站的每两个深度电极构成一组监测测道，所述监测仪器与每一个深度电极连接，并检测每组监测测道内两个深度电极之间的电物理量差；

或者，

每个监测站的每两个深度电极构成一组监测测道，所述监测仪器与每一个深度电极以及一设置于断裂破碎带的浅表土层中浅表电极连接，并检测每个深度电极与浅表电极之间的电物理量差，以及根据每个深度电极与浅表电极之间的电物理量差获取由深度电极构成的每组监测测道内两个深度电极之间的电物理量差。

进一步地，每个监测站的所述深度电极的数量为至少三个，且其中至少两个深度电极通过同一探测钻孔安装于基岩面之下的断裂破碎带中，该两个监测电极在该探测钻孔中的安装深度不同。

进一步地，每个监测站的所述至少三个监测电极包括一浅表电极和两个深度电极；

所述浅表电极安装于断裂破碎带的浅表土层中，所述两个深度电极通过不同的探测钻孔安装于基岩面之下的断裂破碎带中。

在本申请实施例中，在断裂扩散电场出现异常的区域设置若干监测站和一联网计算设备，每个监测站在断裂破碎带内平行于断裂破碎带的断面设置至少三个监测电极以构成多组监测测道，监测仪器检测每组监测测道内两个监测电极之间的电物理量差，本地计算设备法对每组监测测道内的两个监测电极之间进行电物理量等差点的插值，从而勾勒出断裂破碎带中断裂电场强度的等势线，由于所述等势线与电场线垂直，则每个监测站便可确定一个电场线的方向，所述联网设备根据若干监测站所确定的若干电场线方向，便可确定断裂电场的压电部位，即断裂破碎带中的压电部位的位置参数，并将该位置参数和预设的压电部位大小输入至断裂稳定性评估模型，通过将模拟结果与实际监测数据进行对比，不断调整模型参数，从而提高了断裂破碎带稳定性评估的准确度。

为了更好地理解和实施，下面结合附图详细说明本发明。

附图说明

图1和图2为断裂电场形成的原理示意图；

图3为在一个示例性实施例中示出的本发明断裂稳定性的评估系统的结构示意图；

图4为在一个示例性实施例中示出的本发明断裂稳定性的评估系统1号监测站的结构示意图；

图5为在一个示例性实施例中示出的本发明断裂稳定性的评估系统1号监测站内部连接关系示意图；

图6A和图6B为在一个示例性实施例中示出的监测钻孔的布钻位置示意图；

图7为在一个示例性实施例中示出的在断裂破碎带中进行电物理量等差点的插值的原理示意图；

图8为在一个示例性实施例中示出的根据断裂电场等势线判断电场方向原理示意图；

图9为在一个示例性实施例中示出的本发明断裂稳定性的评估系统1号监测站的结构示意图；

图10为在一个示例性实施例中示出的本发明断裂稳定性的评估系统1号监测站的结构示意图；

图11为在一个示例性实施例中示出的本发明断裂稳定性的评估系统1号监测站的结构示意图；

图12为在一个示例性实施例中示出的本发明断裂稳定性的评估方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部内容。

在本发明使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。

应当理解，尽管在本发明可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本发明范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”。

当区域中的断裂扩散电场出现异常时，从平面上它的等势线应该会出现远离断裂带形成凸起状，或等势线的线间距会变得密集。但无论是出现哪一种形态，总体而言就是该异常部位的电物理量增加且强烈增加，如：电压上升、电流增大或电场强度的增加。当初步排除人为干扰因素后，这种异常就代表了断裂电场异常在地表的直接反映。一旦确定这种情况出现，我们可以通过在异常区域上，建设断裂电场监测站，多个监测站之间可以在断裂破碎带内组成联合监测平面或折面，由此通过各监测站所活动的断裂电场衰减方向作直线，数条直线相交的位置就是引起断裂电场出现异常的源部位。由于监测站一般不需要使用浅部监测电极，所以在只使用深部钻孔电极的情况下，可以辅助排除人工干扰的因素。因此，理论上需要两个或以上的监测站(两条直线相交确定交点)。一般而言，以两个监测站为例，这两个监测站应该建立在断裂扩散电场异常区域的边缘，再根据监测效果，追加额外的监测站(数量根据监测效果及异常区域大小确定)，实现监测密度的增加。

本申请实施例中的断裂稳定性评估模型可以是现有技术中常用的数值模拟模型，数值模拟模型的关键在于确定模型的大小及材料参数，其中，所述模型的大小由监测区域的大小确定，由于监测区域的大小是已知的，那么在设计模型上就可以根据监测网的覆盖范围，按比例来设置模型的大小，通过有限单元法来进行模拟。对于材料参数而言，主要是按岩石圈的分层来进行设置，同时也考虑断裂作为这些分层的不连续界面。各分层间的材料参数，包括粘性、塑性及弹性的参数可以采用现有的参数，而边界条件包括速度边界与温度边界，则需要根据监测区实际的地质资料与地球物理资料来决定的。下面举例说明：

假设监测区域为珠江三角洲核心地区，即三水盆地、西北江三角洲和东江三角洲。在使用断裂稳定性评估模型进行模拟前需要对该区域设定好演化机制的前置模型，珠三角地处华南沿海，是新生代南海演化区的一部分。对于南海的成因模型包括被动扩张、主动扩张、右旋挤出、断块均衡等。本例子挑选邱燕等(2010)所提出的断块均衡为前置逻辑模型(模型的选择依靠的是建模者对该地区地质背景与演化过程的理解，但也可以所有逻辑模型都做模拟)。

假设模拟使用的是以粘-塑-弹性为本构方程的流变学软件。待模拟的珠三角区域，其大小约为150公里*150公里，岩石圈厚度约为95公里。那么，设计的模型大小就是150*150*95。模型中数值是带单位的，也就是可以按一定的比例尺来进行设置(物理建模上使用，数字建模不需要考虑比例尺)。珠三角地区岩石圈结构，即上、中、下地壳以及岩石地幔的厚度，在区内物探队均有现成的资料，在模型中根据现有的这些参数来对珠三角地区的数字模型进行层圈划分。模型中各层圈之间的材料参数和物理参数是根据已有实验岩石学的参数进行设置，例如中上地壳的代表性岩石为花岗岩，其固态时的粘滞系数一般为1e21Pa/s，热膨胀系数、热传导系数及比热容、泊松比等都可以以花岗岩的参数进行设置。下地壳则以玄武岩为代表性岩石，而岩石地幔则可以设置为橄榄岩。在设置完材料参数后，需给模型加上边界条件，主要为温度边界和速度边界。温度边界和温度场根据的是现有地温资料来进行设置。

图3-图6为本申请一个实施例中的断裂稳定性的评估系统的结构示意图，在本实施例中，断裂稳定性的评估系统在断裂扩散电场的异常部位区域设有1号监测站和2号监测站，在一些例子中，所述监测站的数量还可以是多个，例如图3中根据1号监测站和2号监测站的初步检测结果，所追加的位于1号监测站和2号监测站中间的B型监测站。

本申请实施例中的每个监测站的结构和工作原理大致相同，下面以1号监测站为例，介绍监测站的结构和工作原。

如图4和图5所示，1号监测站包括三个监测电极a、b和c、监测仪器e和本地计算设备f，所述监测电极a、b和c用于检测断裂破碎带中的电物理量。

本实施例中的1号监测站所涉及的范围应限制于空旷空间中肉眼的可视范围之内，例如一所学校，或一个楼盘等范围之内。

本实施例中的1号监测站所对应的断裂破碎带不止为张性断裂破碎带，而对于逆断层、走滑断层(对应压性及扭性断裂破碎带)而言同样适用，因为断裂电场的产生与断裂的力学性质及运动学性质无关，仅与断面的粗糙程度相关(前文原理中已阐明)。断裂破碎带为控制地形地貌的区域性深大断裂，对于肉眼可见老旧地层错位，或小型控矿裂隙或填充岩脉不做考虑，因为这些断裂、裂隙或断层无法引起大规模的构造地震。

如图4所示，所述监测电极a、b和c作为深度电极分别通过探测钻孔A、B和C安装于基岩面之下的断裂破碎带中。为了防止第四系层和风化基岩层的塌陷和浅水层变化对探测钻孔的影响，探测钻孔A、B和C在第四系层、风化基岩层的对应孔段安装有用于防塌陷和隔水的套管。

在本实施例中，所述监测电极a、b和c中的每两个监测电极构成一组监测测道，所述监测电极a、b和c在断裂破碎带中的安装位置位于同一平面上，且该平面平行于断裂破碎带的断面。所述断裂破碎带的断面为断裂破碎带与断裂上盘或断裂下盘在垂直距离所相交的面。在图4以及之后的附图中，两个监测电极之间的连线表明该两个监测电极构成一组监测测道，并不意味着两个监测电极之间通过导线直接连通。

在本实施例中，监测电极a、b和c的安装深度各不相同，即每个监测电极都不同时与其他监测电极位于同一水平面；或者，每两个监测电极之间的电物理量差的数值不为零，且每个监测电极的电物理量变化趋势一致。

基于两点可以确定一条直线，两条相交的直线可以确定一个平面的原理，利用安装于断裂破碎带中至少三个不在同一直线上的监测电极，就可以在断裂破碎带中构建出一个监测平面。同时，由于各监测电极分别安装在不同的钻孔中，因此通过调整这些电极的安装深度，我们可以控制监测平面的倾斜角度，使之与断裂面平行。

在其他例子中，所述监测电极的数量还可以是大于3个的其他数量。在一些例子中，除了深度电极外，所述断裂稳定性的评估系统还可以是包括设置于断裂破碎带的浅表土层中的浅表电极，如果该浅表电极与其他深度电极构成测道，则该浅表电极与其他深度电极位于与断裂破碎带的断面平行的平面上，如果该浅表电极不与其他深度电极构成测道，则该浅表电极还可以是不与其他深度电极位于与断裂破碎带的断面平行的平面上。

在一些例子中，所述套管包括钢制层和PVC层，钢制层包覆在PVC层的外周。如图6A和图6B所示，监测钻孔的布钻位置取决于断裂破碎带的产状，断裂产状越高，则开孔位置离断裂破碎带越近。

如图5所示，所述监测仪器e通过电缆分别与所述参考电极和每一个深度电极a、b和c分别连接，所述监测仪器e中设有电压或电流检测电路，用于实时检测每两个深度电极在断裂破碎带中所检测的电物理量之间的电物理量差，并将该电物理量差发送至所述本地计算设备f。

所述本地计算设备f根据该电物理量差采用插值法对每组监测测道内的两个监测电极之间进行电物理量等差点的插值，并将一监测电极作为参考点，连接不同组监测测道的电物理量等差点，从而勾勒出断裂破碎带中断裂电场的等势线，优选的，该参考点为电势相对最小的点，或电势相对最大的点。

所述本地计算设备f可以是计算机或服务器或专用实验设备，所述计算机内安装有分析软件，可以完成对电物理量的插值和浅表土层的断裂扩散电场等势线的勾勒，并将所勾勒出的等势线发送至所述联网计算设备g。

本申请中的电物理量可以是电流和/或电压，以下以电压进行说明，即上述中的电物理量差为参考电极与各浅表电极之间的电压差，电物理量等差点为电压等差点。

如图7所示，在一个例子中，图7为本申请实施例中电物理量差采用插值法对每组监测测道内的两个监测电极之间进行电物理量等差点的插值的原理示意图，深度电极a、b、c构成一个监测平面，通过监测仪器可以获得测道ab、测道bc与测道ac之间的电压差ΔUab、ΔUbc和ΔUac，由于深度电极a、b、c互相之间的距离(l1、l2、l3)是已知的，在理想状态下，假如电压是匀距变化的，便可以通过两个电极之间的电压差除以两个电极之间的距离，例如用ΔUbc/l2，获得电压差的单位距离衰减变量dU，单位毫伏/米(mV/m)。由于ΔUbc是向量，因此沿电极b、c方向上所有的电压变化都可以通过dU与电极b、c之间距离的乘积求得。因此，插值所获得的并不是直接的电场等势线，而是电物理量等差点即电压等差点。

所述本地计算设备f可以是根据设定的插值距离对每组监测测道中两个监测电极之间进行电压等差点的插值，即相邻两个插值点之间的设定距离相同。在一些例子中，也可以是根据设定的电物理量差对每组监测测道中两个监测电极之间进行电压等差点的插值，即相邻两个插值点之间的电压差为设定电压差。

在图7中，电压差ΔUab、ΔUbc和ΔUac分别为500mV、200mV和700mV，距离l1、l2、l3分别为50米、40米和70米。如果是根据设定的插值距离对每组监测测到中两个监测电极之间进行电压等差点的插值，那么可以是通过设定好的插值距离l，在各监测电极之间采用内插法进行插值。由于插值距离l可控，因此各段电压等差线的大小直接取决于两个监测电极之间的电压差，即ΔUab、ΔUbc和ΔUac的测量值。以10m为间隔插值为例，监测电极a与b之间的dU＝500mV/50m＝10mV/m；插值，则在监测电极a至监测电极b之间离a最近的一个插值点的电压差大小为10mV/m*10m＝100mV。

可以看出，监测电极a的电压最低，因此，在电压等差点的插值完成后，可以以监测电极a为参考点，将不同组监测测道中的与电极a具有相同电压差的电压等差点连接，便可勾勒出断裂破碎带中断裂电场的等势线。如图6所示，如果以监测电极a作为参考点，则监测电极b、c之间的电压等差点与监测电极a之间的电压差分别为550mV、600mV、和650mV。

在其他例子中，也可以是以方便计算的任意监测电极作为参考点，如果监测电极的数量更多，也可以是包括多个参考点。

为了使勾勒出的等势线具有更大的范围，可以设置数量更多的监测电极，也可以是在监测电极a、b和c之外的区域使用外插法进行电压等差点的插值。例如，监测电极b在在监测电极a、b位于的直线上远离监测电极a的第一个插值点的电压差大小为500mV+10mV/m*10m＝600mV；监测电极c在监测电极a、c位于的直线上远离监测电极a的第一个插值点的电压差大小为700mV+10mV/m*10m＝800mV。

在其他例子中，衰减变量dU也可能是随距离l改变而变化的，即非匀距变化。那么dU的可以通过微分来进行更准确的计算，这一概念与加速度的微分概念基本一致，不同的是后者是速度随时间的变化。

如图8所示，所述等势线与电场线垂直，且所述等势线疏密程度可以反映电场中电势变化的快慢程度，等势线越密集，则表明电场中的电势经过更短距离降低到下一个等级，说明电场强度越小；等势线越稀疏，则表明电场中的电势经过更长的距离降低到下一个等级，说明电场强度越大。

所述联网计算设备g与每个监测站中的本地计算设备f连接，所述联网计算设备可以是计算机或服务器或专用实验设备，所述计算机内安装有分析软件。

如图3所示，所述联网计算设备g获取每个监测站中的本地计算设备f所勾勒出的断裂电场的等势线，确定每个监测站所检测的断裂电场的压电部位方向，其中，由于断裂电场的衰减方向为向上的方向，因此，每个监测站所检测的断裂电场的压电部位方向为垂直于该断裂电场的等势线向下的方向。

所述联网计算设备g还根据每个监测站所确定的断裂电场的压电部位方向，确定每个断裂电场的压电部位方向的相交部位为断裂破碎带的压电部位。

具体的，所述联网计算设备g可以是对每个监测站所确定的断裂电场的等势线作垂直于该等势线的直线，由于产生断裂电场的压电部位的深度明显大于监测电极的深度，因此，该直线向上的方向为断裂电场的衰减方向，该直线向上的方向为产生断裂电场的压电部位的方向，多个监测站的垂直于等势线的直线在向下的方向相交的点即为断裂电场的压电部位，即断裂破碎带中的压电部位。

在其他例子中，为使压电部位的检测更加准确，所述监测站的数量还可以是更多的其他数量。

所述联网计算设备g与一评估计算设备h连接，所述联网计算设备g将所计算出的断裂破碎带的压电部位的位置参数发送给所述评估计算设备h，所述评估计算设备h可以是计算机或服务器或专用实验设备，所述计算机内安装有断裂稳定性评估系统，在一些例子中，所述评估计算设备h和所述联网计算设备还可以是同一设备。

所述评估计算设备在设置好所述断裂稳定性评估模型的大小、边界条件即材料组成参数后，将所述压电部位的位置参数以及一预设的压电部位大小参数输入至所述断裂稳定性评估模型中，从而断裂稳定性评估模型可以根据上述参数计算出压电部位积累的应力张量(σ)，并根据公式Q＝d·σ计算出压电部位积累的电量，其中，Q为电量，d为压电模量，压电模量d是一个常数，如果断裂在深部产生压电效应，那么这个压电点一定位于花岗岩层内，而花岗岩的压电模量是已知的(1.65-13.66C/N*10-15)。

在计算出压电部位积累的电量Q后，由于断裂破碎带作为导线，其内实际的导电材料为充斥于破碎带中的自由水，而水的电阻率R是一个常数或随温度变化的变量，同时由于电量Q随时间变化，且时间t是根据模拟时间给出，所述断裂稳定性评估模型根据公式U＝Q×R/t，可以计算出断裂电场在断裂破碎带各部位的电势差U(电压)。

所述评估计算设备可以通过比较所述断裂稳定性评估系统所计算出的断裂破碎带在上述三个电极a、b和c处的电势差与上述三个电极实际所检测到的电势差，并通过两者之间的差值，调整作为预设值输入值所述断裂稳定性评估模型中的压电部位大小参数，并通过调整输入该模型的预设压电部位大小参数，以使所述断裂稳定性评估模型所模拟输出的在所述至少三个电极的电物理量差趋近于所述监测仪器所检测的所述至少三个电极的电物理量差。

本申请实施例通过将模拟结果与实际监测数据进行对比，不断调整模型并反复运行，就可以将模拟结果与监测数据之间的误差缩小，由此实现逼近过程。当误差小于可接受的最大极限，便可以认为这个模拟模型是可信的。而模型运行所给出断块发生活动的时间，即为地震发生的时间。以出现断裂扩散电场异常为模拟开始的时间，当模型发生断块活动为止总共持续时间，这个时间对比现实时间，就可以知道地震发生距离我们还有多久。

在本申请实施例中，在断裂扩散电场出现异常的区域设置若干监测站和一联网计算设备，每个监测站在断裂破碎带内平行于断裂破碎带的断面设置至少三个监测电极以构成多组监测测道，监测仪器检测每组监测测道内两个监测电极之间的电物理量差，本地计算设备法对每组监测测道内的两个监测电极之间进行电物理量等差点的插值，从而勾勒出断裂破碎带中断裂电场强度的等势线，由于所述等势线与电场线垂直，则每个监测站便可确定一个电场线的方向，所述联网设备根据若干监测站所确定的若干电场线方向，便可确定断裂电场的压电部位，即断裂破碎带中的压电部位的位置参数，并将该位置参数和预设的压电部位大小输入至断裂稳定性评估模型，通过将模拟结果与实际监测数据进行对比，不断调整模型参数，从而提高了断裂破碎带稳定性评估的准确度。

在一个示例性的实施例中，如图9所示，1号监测站在上述实施例中包括至少三个监测电极的基础上，还可以包括一公共的浅表电极d，所述浅表电极d安装于断裂破碎带中的浅表土层中，所述浅表电极d无安装深度要求，在一些例子中，只需简单地埋藏于土层中即可，但电极应避免暴露于地表之上，如能做到人工电磁辐射的隔绝则更佳。在其他例子中，为安装方便，所述浅表电极d也可以是安装于断裂上盘或断裂下盘其中一盘中的浅表土层中。

在本实施例中，仍然是以每两个深度电极构成一组监测测道，所述监测仪器在分别于每一个深度电极连接的同时，还与该公共的浅表电极d连接，并监测每个深度电极与该公共的浅表电极d之间的电压差，从而根据该电压差获取由深度电极构成的每组监测测道内两个深度电极之间的电压差。

本发明实施例中的断裂稳定性的评估系统的成本主要在于对安装深度电极的探测钻孔的施工，为节省成本，在一个优选的实施例中，如图10所示，本实施例中的1号监测站包括三个安装于基岩面之下的断裂破碎带中的深度电极a、b和c，其中，深度电极a和b共同安装于探测钻孔A中，且深度电极a和b在探测钻孔A中的安装深度并不相同，深度电极a和b与安装于探测钻孔B中的深度电极c的安装深度也各不相同，深度电极a、b和c共同形成与断裂破碎带的断裂面平行的平面。

根据同样的原理，在其他包括更多深度电极的实施例中，为提高检测精度，还可以是在多个探测钻孔中设置超过一个的深度电极，或在多个探测钻孔中设置更加多数量的深度电极。

图11为本发明另一个实施例中的1号监测站，与前述实施例不同的是，本实施例中的监测电极c为浅表电极，所述浅表电极c安装于断裂破碎带中的浅表土层中，所述浅表电极d无安装深度要求，在一些例子中，只需简单地埋藏于土层中即可，但电极应避免暴露于地表之上，如能做到人工电磁辐射的隔绝则更佳。

所述浅表电极c与深度电极a和b分别构成两组监测测道，所述深度电极a和b构成一组监测测道，因此，浅表电极c与深度电极a和b构成一与断裂破碎带的断裂面相平行的平面。

在本实施例中，所述监测仪器分别与深度电极a、b和浅表电极c连接，并检测深度电极a、b和浅表电极c所形成的每组监测测道内两个监测电极之间的电压差，并将该电压差发送至所述本地计算设备。所述本地计算设备根据上述实施例中的插值法，对每组监测测道内的两个监测电极之间进行电物理量等差点的插值，并将一监测电极作为参考点，连接不同组监测测道的电物理量等差点，从而勾勒出断裂破碎带中断裂电场的等势线。所述插值法与上述实施例中的实现方式相同，因此不在赘述。

基于与上述实施例中的断裂稳定性的评估系统相同的原理，本发明还提供一种断裂稳定性的评估方法，如图12所示，该方法由上述实施例中的联网计算设备执行包括如下步骤：

步骤S101：将从联网计算设备获取的压电部位的位置参数以及一预设的压电部位大小参数输入断裂稳定性评估模型；

其中，所述联网计算设备获取若干监测站中每个监测站的本地计算设备所勾勒出的断裂破碎带中断裂电场的等势线，根据每个监测站的本地计算设备所勾勒出的断裂破碎带中断裂电场的等势线，确定每个监测站所检测的断裂电场的压电部位方向；每个监测站所检测的断裂电场的压电部位方向为垂直于该断裂电场的等势线向下的方向；每一个监测站包括：至少三个监测电极、监测仪器和本地计算设备，每两个监测电极构成一组监测测道；所述至少三个电极位于同一平面上，且所述平面平行于断裂破碎带的断面，以及至少两个监测电极作为深度电极通过探测钻孔安装于基岩面之下的断裂破碎带中；每两个监测电极不同时位于同一水平面，或者，每两个监测电极之间的电物理量差的数值不为零，且每个监测电极的电物理量变化趋势一致；所述监测仪器与每一个监测电极连接，并检测每组监测测道内两个监测电极之间的电物理量差，并将该电物理量差发送至所述本地计算设备；所述本地计算设备根据该电物理量差采用插值法对每组监测测道内的两个监测电极之间进行电物理量等差点的插值，并将一监测电极作为参考点，连接不同组监测测道的电物理量等差点，从而勾勒出断裂破碎带中断裂电场的等势线；所述联网计算设备根据每个监测站所确定的断裂电场的压电部位方向，确定每个断裂电场的压电部位方向的相交部位为断裂破碎带的压电部位；

步骤S102：调整输入该模型的预设压电部位大小参数，以使所述断裂稳定性评估模型所模拟输出的在所述至少三个电极的电物理量差趋近于所述监测仪器所检测的所述至少三个电极的电物理量差。

在一个可选的实施例中，每个监测站的所述深度电极的数量为至少三个，且每个深度电极通过不同的探测钻孔安装于基岩面之下的断裂破碎带中。

在一个可选的实施例中，每个监测站的每两个深度电极构成一组监测测道，所述监测仪器与每一个深度电极连接，并检测每组监测测道内两个深度电极之间的电物理量差；

或者，

每个监测站的每两个深度电极构成一组监测测道，所述监测仪器与每一个深度电极以及一设置于断裂破碎带的浅表土层中浅表电极连接，并检测每个深度电极与浅表电极之间的电物理量差，以及根据每个深度电极与浅表电极之间的电物理量差获取由深度电极构成的每组监测测道内两个深度电极之间的电物理量差。

在一个可选的实施例中，每个监测站的所述深度电极的数量为至少三个，且其中至少两个深度电极通过同一探测钻孔安装于基岩面之下的断裂破碎带中，该两个监测电极在该探测钻孔中的安装深度不同。

在一个可选的实施例中，每个监测站的所述至少三个监测电极包括一浅表电极和两个深度电极；

所述浅表电极安装于断裂破碎带的浅表土层中，所述两个深度电极通过不同的探测钻孔安装于基岩面之下的断裂破碎带中。

对于方法实施例而言，由于其与前述的系统实施例基本相似，所以描述的比较简单，相关之处参见系统实施例的部分说明即可。

在本申请实施例的断裂稳定性的评估系统及方法中，在断裂扩散电场出现异常的区域设置若干监测站和一联网计算设备，每个监测站在断裂破碎带内平行于断裂破碎带的断面设置至少三个监测电极以构成多组监测测道，监测仪器检测每组监测测道内两个监测电极之间的电物理量差，本地计算设备法对每组监测测道内的两个监测电极之间进行电物理量等差点的插值，从而勾勒出断裂破碎带中断裂电场强度的等势线，由于所述等势线与电场线垂直，则每个监测站便可确定一个电场线的方向，所述联网设备根据若干监测站所确定的若干电场线方向，便可确定断裂电场的压电部位，即断裂破碎带中的压电部位的位置参数，并将该位置参数和预设的压电部位大小输入至断裂稳定性评估模型，通过将模拟结果与实际监测数据进行对比，不断调整模型参数，从而提高了断裂破碎带稳定性评估的准确度。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本发明旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由下面的权利要求指出。

应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。