利用運(yùn)動車輛作為震源的微震地震勘探方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種利用運(yùn)動車輛作為震源的微震地震方法，為解決勘探震源不足問題，其利用運(yùn)動車輛發(fā)出的微震動并進(jìn)行記錄，同時(shí)在一定范圍內(nèi)布置一組采集站，記錄運(yùn)動車輛發(fā)出的微震動經(jīng)過地下地質(zhì)結(jié)構(gòu)傳播、反射、折射、透射、繞射后的震動信號，并把微震動的信號與采集站采集的信號經(jīng)過相關(guān)處理后，獲得相應(yīng)的地震反射信號，然后利用這個(gè)地震反射信號確定地下地質(zhì)構(gòu)造，步驟如下：A、在道路、鐵路側(cè)邊類似于激發(fā)點(diǎn)的一點(diǎn)S布設(shè)一個(gè)采集站記錄運(yùn)動車輛經(jīng)過時(shí)的震動信號S(t)；B、在該點(diǎn)S周圍的一定范圍內(nèi)選擇若干采集點(diǎn)Rn，n＝1，2，…，N布置一個(gè)采集站記錄震動信號Rn(t)。具有能挖掘車輛持續(xù)性隨機(jī)性微震源優(yōu)勢，利用其與傳統(tǒng)的主動源及被動源都不同的震源特性，來彌補(bǔ)天然的或其他人工震源的不足實(shí)現(xiàn)地震勘探目的的優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】利用運(yùn)動車輛作為震源的微震地震勘探方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及被動源地震勘探方法，特別是涉及一種利用運(yùn)動車輛作為震源的微震 地震勘探方法。 技術(shù)背景
[0002] 在目前的地震勘探常規(guī)方法的實(shí)施過程中，地震激發(fā)是一個(gè)重要的環(huán)節(jié)。常規(guī)地 震勘探過程中，使用炸藥或者專用的可控震源來激發(fā)地震波，地震波向地下傳播，經(jīng)地下地 層界面反射后傳回地表，被地表檢波器接收，從而獲取地下結(jié)構(gòu)信息。隨著地震勘探技術(shù)的 發(fā)展，為了解決傳統(tǒng)震源因?yàn)榄h(huán)境或其他因素?zé)o法使用的問題，地球物理學(xué)家提出并發(fā)展 了無源地震技術(shù)，或者稱為被動源地震技術(shù)。
[0003] 在以往主動源地震方法的研究中，通常把鐵路列車，公路機(jī)動車行駛等這類交通 引起的振動視為一種有害的噪聲源或者振動源，比如在鐵路附近甚至將近10公里遠(yuǎn)的地 震臺站仍然會受到列車振動的影響。靠近城市或者公路的地震采集施工一般也需要避開交 通噪聲對數(shù)據(jù)采集的影響。隨著近年來城市軌道交通的快速發(fā)展，列車產(chǎn)生的振動可能會 產(chǎn)生的地表、地質(zhì)破壞乃至對建筑物造成的損害是大多數(shù)人更加關(guān)心的問題。但是，如果我 們從勘探地震學(xué)的角度來考慮，可以發(fā)現(xiàn)鐵路、地鐵或者城鐵的振動具有能量強(qiáng)、頻帶寬、 重復(fù)性高等特點(diǎn)，汽車行駛引起的振動也具有很好的能量強(qiáng)度和很廣的分布范圍，我們能 否對這些振動信號加以利用，將其視為一種綠色震源呢？
[0004] 在城市進(jìn)行地震勘探時(shí)，考慮到可能對城市環(huán)境的破壞，大部分的人工震源都是 不再適用的。此時(shí)，如果我們在城市中靠近地鐵或城鐵軌道的地區(qū)布設(shè)檢波器，其所記錄到 的振動信號特征是怎樣的，汽車振動信號又有何特征，這些振動信號是否含有與地下地質(zhì) 結(jié)構(gòu)有關(guān)的信息，并且如何使用這些信號來探測地下結(jié)構(gòu)（如城市活動斷層等），這需要我 們通過科學(xué)、合理且精確的觀測，同時(shí)結(jié)合甚至發(fā)展勘探地震學(xué)中的相關(guān)的數(shù)據(jù)處理的方 法和技術(shù)，來達(dá)到上述目的。迄今為止，如何利用列車及汽車產(chǎn)生的地震信號來進(jìn)行地下結(jié) 構(gòu)的勘探尚沒有見到較為明確的研究。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，提供一種能挖掘車輛持續(xù)性隨機(jī)性微 震源優(yōu)勢，彌補(bǔ)勘探震源不足的利用運(yùn)動車輛作為震源的微震地震勘探方法。
[0006] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明利用運(yùn)動車輛作為震源的微震地震方法，其特征在于利 用運(yùn)動車輛發(fā)出的微震動并進(jìn)行記錄，同時(shí)在一定范圍內(nèi)布置一組采集站，記錄運(yùn)動車輛 發(fā)出的微震動經(jīng)過地下地質(zhì)結(jié)構(gòu)傳播、反射、折射、透射、繞射后的震動信號，并把微震動的 信號與采集站采集的信號經(jīng)過相關(guān)處理后，獲得相應(yīng)的地震反射信號，然后利用這個(gè)地震 反射信號確定地下地質(zhì)構(gòu)造，步驟如下：
[0007] A、在道路、鐵路側(cè)邊類似于激發(fā)點(diǎn)的一點(diǎn)S布設(shè)一個(gè)采集站記錄運(yùn)動車輛經(jīng)過時(shí) 的震動信號S(t);
[0008] B、在該點(diǎn)S周圍的一定范圍內(nèi)選擇若干采集點(diǎn)Rn，n = 1，2, "·，Ν，并在每個(gè)點(diǎn)Rn 布置一個(gè)采集站記錄運(yùn)動車輛發(fā)出的微震動經(jīng)過地下地質(zhì)結(jié)構(gòu)傳播、反射、透射、繞射后的 震動信號Rn(t);
[0009] C、把震動源的記錄S(t)與采集點(diǎn)的記錄Rn(t)進(jìn)行互相關(guān)運(yùn)算后獲得我們需要 的記錄Cn(t)，即：Cn(t) =S(t) ?Rna)。使用本發(fā)明方法可以利用運(yùn)動車輛產(chǎn)生的微震 信號來進(jìn)行地震勘探。當(dāng)然，本發(fā)明方法并非是要取代其他可作為勘探使用的地震震源，而 是將其補(bǔ)充到已有地震勘探的方法中來，利用其與傳統(tǒng)的主動源及被動源都不同的震源特 性，來彌補(bǔ)天然的或其他人工震源的不足。其具有能挖掘車輛持續(xù)性隨機(jī)性微震源優(yōu)勢，利 用其與傳統(tǒng)的主動源及被動源都不同的震源特性，來彌補(bǔ)天然的或其他人工震源的不足實(shí) 現(xiàn)地震勘探目的的優(yōu)點(diǎn)。
[0010] 作為優(yōu)化，震動源的記錄s(t)與采集點(diǎn)的記錄Rn(t)同步記錄，以保證互相關(guān)的 實(shí)現(xiàn)。
[0011] 作為優(yōu)化，震動源的記錄s(t)與采集點(diǎn)的記錄Rn(t)進(jìn)行的相關(guān)運(yùn)算包括在時(shí)間 域和頻率域進(jìn)行的互相關(guān)、反褶積和互相干等具有互相關(guān)基本特征的運(yùn)算。
[0012] 作為優(yōu)化，把震動源的記錄S(t)與采集點(diǎn)的記錄Rn(t)進(jìn)行的相關(guān)運(yùn)算所得的記 錄Cn (t)是一種虛震源記錄或者相當(dāng)于在S點(diǎn)有一個(gè)主動源激發(fā)，測線R接收的地震記錄。
[0013] 作為優(yōu)化，運(yùn)動車輛作為微震震源的震動是能提高后續(xù)數(shù)據(jù)質(zhì)量的具有足夠隨機(jī) 性的震動。
[0014] 作為優(yōu)化，利用運(yùn)動車輛作為微震震源的地下結(jié)構(gòu)檢測是利用長時(shí)間的數(shù)據(jù)接收 而集聚能量后進(jìn)行的。
[0015] 作為優(yōu)化，運(yùn)動車輛是任何移動的車輛，包括汽車、火車、高鐵等，所有這些震動均 為被動源；利用運(yùn)動車輛作為微震震源是一種受到地域位置的限制和制約下的利用被動源 進(jìn)行的地下結(jié)構(gòu)勘探。
[0016] 作為優(yōu)化，沿著道路或者鐵路側(cè)邊布設(shè)若干個(gè)激發(fā)點(diǎn)Sm，m = 1，2，…，Μ采集站； 然后按所述規(guī)則進(jìn)行布設(shè)采集點(diǎn)Rn, η = 1,2,…,Ν采集站，并記錄運(yùn)動車輛經(jīng)過時(shí)的震動 源信號Sm(t)和采集點(diǎn)的震動信號Rn(t);把震動源信號Sm(t)與采集點(diǎn)的震動信號Rn(t) 的信號相關(guān)后可以獲得類似于常規(guī)的共炮點(diǎn)多次疊加道集，所有后續(xù)處理均可以借鑒常規(guī) 處理方法。
[0017] 作為優(yōu)化，所述激發(fā)點(diǎn)Sm，m = 1，2,…，Μ采集站為臨近車輛行進(jìn)路線的接收車輛 振動信號地震測線，所述采集點(diǎn)Rn，n = 1，2,…，Ν采集站為遠(yuǎn)離車輛行進(jìn)路線的接收微震 信號地城測線；兩地震測線長度相近，接收車輛振動信號地震測線的采集站間距大于接收 微震信號地城測線的道間距或者接收車輛振動信號地震測線的采集站數(shù)少于接收微震信 號地城測線的道數(shù)。更優(yōu)選所述站間距是道間距的1.5-1. 9倍。測線長度為2-20公里，優(yōu) 選4-10公里。
[0018] 作為優(yōu)化，信號采集過程中，保證兩條測線均獲得了相同時(shí)間的連續(xù)的較長時(shí)間 段的振動及微震信號。所述記錄時(shí)間可能為6-24小時(shí)，更優(yōu)選8-12小時(shí)。
[0019] 本發(fā)明是利用運(yùn)動車輛作為震源的微震地震勘探方法，涉及地震地質(zhì)勘探，地震 數(shù)據(jù)采集，處理及解釋工作。該方法利用運(yùn)動車輛發(fā)出的微震動并進(jìn)行記錄，同時(shí)在一定范 圍內(nèi)布置一組采集站，記錄運(yùn)動車輛發(fā)出的微震動經(jīng)過地下地質(zhì)結(jié)構(gòu)傳播、反射、折射、透 射、繞射后的震動信號，并把微震動的信號與采集站采集的信號經(jīng)過相關(guān)處理后，獲得相應(yīng) 的地震反射信號，然后利用這個(gè)地震反射信號確定地下地質(zhì)構(gòu)造的技術(shù)。本方法可以用于 工程地質(zhì)勘探，礦產(chǎn)勘探，地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)調(diào)查等領(lǐng)域。
[0020] 采用上述技術(shù)方案后，本發(fā)明利用運(yùn)動車輛作為震源的微震地震勘探方法具有能 挖掘車輛持續(xù)性隨機(jī)性微震源優(yōu)勢，利用其與傳統(tǒng)的主動源及被動源都不同的震源特性， 來彌補(bǔ)天然的或其他人工震源的不足實(shí)現(xiàn)地震勘探目的的優(yōu)點(diǎn)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0021] 圖1是本發(fā)明利用運(yùn)動車輛作為震源的微震地震勘探方法進(jìn)行數(shù)據(jù)采集時(shí)的平 面示意圖；
[0022] 圖2是本發(fā)明利用運(yùn)動車輛作為震源的微震地震勘探方法進(jìn)行數(shù)據(jù)采集時(shí)的堅(jiān) 向剖視示意圖；
[0023] 圖3是本發(fā)明利用運(yùn)動車輛作為震源的微震地震勘探方法的實(shí)施過程框圖；
[0024] 圖4是本發(fā)明利用運(yùn)動車輛作為震源的微震地震勘探方法實(shí)例的觀測測線位置 圖；
[0025] 圖5是圖4中的近鐵路測線獲取的列車振動信號圖；
[0026] 圖6是圖4中的遠(yuǎn)鐵路測線獲取的微震信號記錄圖；
[0027] 圖7是圖4中兩條測線數(shù)據(jù)經(jīng)相關(guān)處理后所得的虛震源記錄圖。

【具體實(shí)施方式】
[0028] 如圖所示，本發(fā)明利用運(yùn)動車輛作為震源的微震地震技方法的具體實(shí)施過程可以 表示成圖3所示的流程圖。具體過程可以總結(jié)為三大處理步驟：①與車輛振動有關(guān)的數(shù)據(jù) 采集，以獲取車輛振動信號及包含了地下地質(zhì)結(jié)構(gòu)信息的微震信號。②對獲取的車輛振動 信號及微震信號進(jìn)行互相關(guān)（也可以為反褶積或者互相干）操作，獲取與主動源地震類似 的虛震源記錄。③對虛震源記錄進(jìn)行地震數(shù)據(jù)處理。以下對此三個(gè)步驟進(jìn)行詳細(xì)闡述。
[0029] 1)、車輛振動數(shù)據(jù)及微震數(shù)據(jù)的采集。本發(fā)明方法的首要創(chuàng)新在于設(shè)計(jì)了合理的 觀測系統(tǒng)以同時(shí)記錄列車振動信號及該振動能力經(jīng)地下介質(zhì)傳播后的微震信號。如附圖 1-2所示，在列車或者機(jī)動車經(jīng)過的鐵路或公路的一側(cè)，較近距離的布設(shè)一個(gè)或多個(gè)地震信 號采集站以獲取車輛振動信號，該測點(diǎn)或該測線上的測點(diǎn)表示為S或Si (i = 1，2,...），其 中i為道號，所獲取的車輛振動信號為S(t)或者S(i，t)。距離鐵路或道路較遠(yuǎn)距離處布 設(shè)微震信號觀測測線，包含若干采集點(diǎn)Rn，η = 1，2, ·，N，并在每個(gè)點(diǎn)Rn布置一個(gè)采集站 記錄運(yùn)動車輛發(fā)出的微震動經(jīng)過地下地質(zhì)結(jié)構(gòu)傳播、反射、折射、透射、繞射后的震動信號 Rn(t)。需要強(qiáng)調(diào)的是，近道路測線與微震信號采集測線在信號采集時(shí)必須保證是嚴(yán)格時(shí)間 同步，例如可以同為GPS授時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間。信號采集過程中，應(yīng)該保證兩條測線均獲得了相 同時(shí)間的連續(xù)的較長時(shí)間段的振動及微震信號，一般采集時(shí)間越長，集聚能量越好，最終的 地震勘探效果越好。車輛振動時(shí)間與空間分布的隨機(jī)性越好，后續(xù)的數(shù)據(jù)處理質(zhì)量越高。
[0030] 2)、車輛振動信號與微震信號的互相關(guān)處理。把震動源的記錄S(t)與采集點(diǎn)的記 錄Rn(t)進(jìn)行互相關(guān)運(yùn)算后獲得我們需要的記錄Cn(t)，即：Cn(t) =S(t) ?Rna)。運(yùn)算 包括在時(shí)間域和頻率域進(jìn)行的互相關(guān)、反褶積和互相干等具有互相關(guān)基本特征的運(yùn)算。經(jīng) 過該步驟處理后所得的記錄Cn (t)是一種虛震源記錄，即相當(dāng)于在S點(diǎn)有一個(gè)主動源激發(fā)， 測線R接收的地震記錄。
[0031] 3)、對虛震源記錄進(jìn)行地震數(shù)據(jù)處理。如果近道路的車輛振動觀測點(diǎn)為若干個(gè)， Sm，m = 1，2，·，M，并記錄運(yùn)動車輛經(jīng)過時(shí)的震動源信號Sm(t)。然后把采集點(diǎn)Rn，η = 1， 2, ·，Ν按一定規(guī)則進(jìn)行設(shè)計(jì)，獲得采集點(diǎn)的震動信號Rn(t)。把震動源信號Sm(t)與采集 點(diǎn)的震動信號Rn(t)的信號相關(guān)后可以獲得類似于常規(guī)的共炮點(diǎn)多次疊加道集，可以使用 反射地震的共中心道集方法進(jìn)行疊加成像處理。此外，虛震源記錄中的面波，折射波等其他 地震信號可用于面波及折射波數(shù)據(jù)處理。
[0032] 以下列舉一個(gè)實(shí)際用例進(jìn)一步說明本發(fā)明的具體實(shí)施過程。如附圖4所示，在京 津城際鐵路附近布設(shè)了兩條地震測線，兩條測線長度均為6公里左右，一條測線緊靠鐵路， 共約400個(gè)采集站，間距約為17米，用于接收列車振動信號。右側(cè)測線共600道，道距10 米，用于接收微震信號。附圖5和附圖6分別是兩條測線記錄下的列車振動信號和較遠(yuǎn)距 離處的微震信號。信號為連續(xù)數(shù)天采集記錄中的一段，時(shí)長為30秒。我們使用附圖3中五 角星位置處的采集站的數(shù)據(jù)記錄約10個(gè)小時(shí)與右側(cè)微震信號測線的相同時(shí)間上的數(shù)據(jù)記 錄進(jìn)行了互相關(guān)操作，所獲取的虛震源記錄見附圖6。選擇左側(cè)測線上的不同觀測點(diǎn)，重復(fù) 上述互相關(guān)操作的步驟，可以獲取與主動源地震類似的一系列地震炮集記錄。
【權(quán)利要求】
1. 一種利用運(yùn)動車輛作為震源的微震地震方法，其特征在于利用運(yùn)動車輛發(fā)出的微震 動并進(jìn)行記錄，同時(shí)在一定范圍內(nèi)布置一組采集站，記錄運(yùn)動車輛發(fā)出的微震動經(jīng)過地下 地質(zhì)結(jié)構(gòu)傳播、反射、折射、透射、繞射后的震動信號，并把微震動的信號與采集站采集的信 號經(jīng)過相關(guān)處理后，獲得相應(yīng)的地震反射信號，然后利用這個(gè)地震反射信號確定地下地質(zhì) 構(gòu)造，步驟如下： A、 在道路、鐵路側(cè)邊類似于激發(fā)點(diǎn)的一點(diǎn)S布設(shè)一個(gè)采集站記錄運(yùn)動車輛經(jīng)過時(shí)的震 動信號S(t); B、 在該點(diǎn)S周圍的一定范圍內(nèi)選擇若干采集點(diǎn)Rn，η = 1，2，…，N，并在每個(gè)點(diǎn)Rn布 置一個(gè)采集站記錄運(yùn)動車輛發(fā)出的微震動經(jīng)過地下地質(zhì)結(jié)構(gòu)傳播、反射、透射、繞射后的震 動信號Rn(t); C、 把震動源的記錄S(t)與采集點(diǎn)的記錄Rn(t)進(jìn)行互相關(guān)運(yùn)算后獲得我們需要的記 錄Cn⑴，即：Cn (t) = S⑴· Rn⑴。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述方法，其特征在于震動源的記錄S(t)與采集點(diǎn)的記錄Rn(t)同 步記錄。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述方法，其特征在于震動源的記錄S(t)與采集點(diǎn)的記錄Rn(t)進(jìn) 行的相關(guān)運(yùn)算包括在時(shí)間域和頻率域進(jìn)行的互相關(guān)、反裙積和互相干等具有互相關(guān)基本特 征的運(yùn)算。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述方法，其特征在于把震動源的記錄S(t)與采集點(diǎn)的記錄Rn(t) 進(jìn)行的相關(guān)運(yùn)算所得的記錄Cn(t)是一種虛震源記錄或者相當(dāng)于在S點(diǎn)有一個(gè)主動源激 發(fā)，測線R接收的地震記錄。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述方法，其特征在于運(yùn)動車輛作為微震震源的震動是能提高后續(xù) 數(shù)據(jù)質(zhì)量的具有足夠隨機(jī)性的震動。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述方法，其特征在于利用運(yùn)動車輛作為微震震源的地下結(jié)構(gòu)檢測 是利用長時(shí)間的數(shù)據(jù)接收而集聚能量后進(jìn)行的。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述方法，其特征在于運(yùn)動車輛是任何移動的車輛，包括汽車、火 車、高鐵等，所有這些震動均為被動源；利用運(yùn)動車輛作為微震震源是一種受到地域位置的 限制和制約下的利用被動源進(jìn)行的地下結(jié)構(gòu)勘探。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1-7任一所述方法，其特征在于沿著道路或者鐵路側(cè)邊布設(shè)若干個(gè)激 發(fā)點(diǎn)Sm，m = 1，2，*··，Μ采集站；然后按所述規(guī)則進(jìn)行布設(shè)采集點(diǎn)Rn，n = 1，2，*··，Ν采集 站，并記錄運(yùn)動車輛經(jīng)過時(shí)的震動源信號Sm(t)和采集點(diǎn)的震動信號Rn(t);把震動源信號 Sm(t)與采集點(diǎn)的震動信號Rn(t)的信號相關(guān)后可以獲得類似于常規(guī)的共炮點(diǎn)多次疊加道 集，所有后續(xù)處理均可以借鑒常規(guī)處理方法。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述方法，其特征在于所述激發(fā)點(diǎn)Sm，m=l，2, *··，Μ采集站為臨 近車輛行進(jìn)路線的接收車輛振動信號地震測線，所述采集點(diǎn)Rn，n= 1，2,…，Ν采集站為遠(yuǎn) 離車輛行進(jìn)路線的接收微震信號地城測線；兩地震測線長度相近，接收車輛振動信號地震 測線的采集站間距大于接收微震信號地城測線的道間距或者接收車輛振動信號地震測線 的采集站數(shù)少于接收微震信號地城測線的道數(shù)。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述方法，其特征在于信號采集過程中，保證兩條測線均獲得了相 同時(shí)間的連續(xù)的較長時(shí)間段的振動及微震信號。
【文檔編號】G01V1/09GK104155682SQ201410406426
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年8月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月15日
【發(fā)明者】郭建, 徐善輝 申請人:中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所