本實用新型涉及地震勘探技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種便攜式城市地質(zhì)異常地震探測系統(tǒng)及其探測方法。

背景技術(shù)：

城市地下空間施工，造成地層擾動與水土流失，引起城市地面塌陷與地下工程損傷,特別是地表50米以淺的異常體探測越來越重要。國內(nèi)外對引起道路地表塌陷的地下空洞、不密實帶、脫空等的探測的手段主要是工程鉆探和地球物理探測兩類技術(shù)。

鉆探是最常用的手段，能夠直接反應(yīng)局部的地下介質(zhì)情況，但鉆探施工周期長，效率低，對地下管線有損傷風險，鉆探為“一孔之見”，難以對地下介質(zhì)進行連續(xù)完整的描述，對地下異常的橫向分辨有局限性，且受到施工作業(yè)區(qū)域限制。

目前，地下異常體探測中常用的物探手段有探地雷達和地震勘探，探地雷達法主要基于高頻電磁波在介質(zhì)中傳播和在電性突變界面上的反射特性，進行無損探測的一種物探方法，探地雷達分辨率高、效率高；由于含水地層對電磁波吸收作用強，難以探測潛水面下的地層變化，探測深度局限在潛水面以上。地震勘探是利用地下介質(zhì)彈性和密度的差異，通過觀測和分析人工地震產(chǎn)生的地震波在地下的傳播規(guī)律，推斷地下巖層的性質(zhì)和形態(tài)的地球物理勘探方法，主要利用地下不同界面之間具有波阻抗差異。傳統(tǒng)的反射地震勘探方法存在以下不足：（1）實際探測施工時多為人工激發(fā)接收觀測模式，在探測精度要求較高時，需要增大測線的分布密度，以增加對地下目標體的覆蓋次數(shù)，造成工程量增大，施工效率較低；（2）由于城市道路地面多為瀝青或混凝土路面，導(dǎo)致檢波器耦合性差，數(shù)據(jù)采集質(zhì)量不高；（3）激發(fā)震源受地面情況影響較大，人工錘擊力不均勻，導(dǎo)致探測效果欠佳；

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型的首要目的在于提供一種50米以內(nèi)探測深度、分辨率高并能提高工作效率的便攜式城市地質(zhì)異常地震探測系統(tǒng)。

為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用了以下技術(shù)方案：一種便攜式城市地質(zhì)異常地震探測系統(tǒng)，包括地震信號接收裝置、無線地震采集基站、外觸發(fā)裝置、手持式Pad終端、震源裝置，所述地震信號接收裝置采用由若干個滾輪式地震傳感器構(gòu)成通過多連桿支架連接構(gòu)成的線性可移動的傳感器級聯(lián)體，所述滾輪式地震傳感器的滾軸內(nèi)設(shè)置檢波器芯體，滾輪式地震傳感器安裝在多連桿支架的下方，多連桿支架上分別安裝無線地震采集基站和外觸發(fā)裝置，震源裝置設(shè)置在多連桿支架的旁側(cè)中部，形成線性可移動中間激發(fā)雙邊接受地震觀測系統(tǒng)；所述震源裝置與外觸發(fā)裝置通過導(dǎo)線連接，所述無線地震采集基站分別與檢波器芯體、外觸發(fā)裝置相連接，無線地震采集基站通過WiFi天線與手持式Pad終端通訊。

所述滾輪式地震傳感器由滾輪與滾軸構(gòu)成，滾輪與滾軸之間由黃油潤滑，滾軸上安裝1～3個檢波器芯體，當滾輪式地震傳感器安裝一個檢波器芯體時，該檢波器芯體的分量為垂直分量或水平分量；當滾輪式地震傳感器安裝兩個檢波器芯體時，兩個檢波器芯體為兩個水平分量，或者為一個水平分量一個垂直分量；當滾輪式地震傳感器安裝三個檢波器芯體時，一個豎直分量(P)和水平面上相互垂直的兩個水平分量 (SH、SV)；便于接受由縱波震源引發(fā)的來此地下的散射縱波（P-P）和來此地下的轉(zhuǎn)換橫波(P-SH、P-SV)；滾軸式傳感器質(zhì)量不低于1.5Kg,達到自重耦合地面的要求；

所述多個檢波器芯體通過航插頭與無線地震采集基站對應(yīng)的傳感器接口相連，所述外觸發(fā)裝置的航插頭與無線地震采集基站對應(yīng)的觸發(fā)接口相連；所述無線地震采集基站包括無線地震基站主體及WiFi天線，WiFi天線安裝于地震基站主體的上方，無線地震基站主體安裝在基站支架上，基站支架安裝在多連桿支架上。

所述檢波器芯體為單分量，檢波器芯體的靈敏度方向為垂直方向，檢波器芯體通過滾輪自重與地面耦合；與之匹配的震源裝置縱向激發(fā)地震波，并通過所述滾輪式地震傳感器采集地震信號，經(jīng)所述無線地震基站采集地震信號后，通過WiFi傳輸至手持式Pad終端。

所述檢波器芯體為單分量或雙分量時，檢波器芯體的靈敏度方向為水平方向，檢波器芯體及外部觸輪通過自重與地面耦合；與之匹配的震源裝置橫向激發(fā)地震波，并通過所述滾輪式地震傳感器采集地震信號，經(jīng)所述無線地震基站采集地震信號后，通過WiFi傳輸至手持式Pad終端。

所述檢波器芯體為多分量，檢波器芯體包含3個靈敏度方向的分量，其中，分量一H1為水平沿測線方向，分量二H2為水平且垂直于測線方向，分量三V為垂直方向，測線方向為檢波器芯體連線的延伸方向，整個系統(tǒng)以固定移動步距沿測線方向移動探測。所述滾輪式地震傳感器包括檢波器芯體、端座支架、觸輪、減震螺絲、滾軸、螺栓和彈墊，所述觸輪為外部金屬滾輪，垂直于地面放置；所述滾軸位于所述觸輪的中心位置，所述檢波器芯體位于所述滾軸中；所述端座支架通過所述螺栓及彈墊安裝于滾輪的兩側(cè)；所述減震螺絲安裝于端座支架的上部；滾輪式地震傳感器的觸輪通過外部端座支架和減震螺絲固定于多連桿支架上。

所述滾輪式地震傳感器的個數(shù)為2～16個，兩相鄰滾輪式地震傳感器之間的間距為0.2～2米。

所述多連桿支架為多連桿隔震支架。

由上述技術(shù)方案可知，本實用新型采用滾輪式地震傳感器，每個滾輪式地震傳感器可安裝1至3個檢波器芯體，滾輪式地震傳感器通過可拆部件連接為傳感器級聯(lián)體，實現(xiàn)線狀探測，保障工作效率，滾輪式地震傳感器將檢波器芯體固定于滾輪軸部，在保證自重耦合的情況下實現(xiàn)了無損檢測，真正區(qū)別于傳統(tǒng)意義上的檢波器排列，提高了工作效率；被級聯(lián)的滾輪式地震傳感器間距可調(diào)，個數(shù)可拓展，可以滿足不同覆蓋次數(shù)的疊加條件，探測精度高；滾輪式地震傳感器靈敏度方向可調(diào)節(jié)，若采用縱向及橫向組合方式，可進行多分量地震數(shù)據(jù)采集、處理及解釋；震源裝置可激發(fā)橫波或縱波信號，結(jié)合多分量可拓展的滾輪式地震傳感器，可進行多波多分量的地震勘探，如縱波勘探、橫波勘探及面波勘探；整個系統(tǒng)各部分為可拆卸式、便攜式、可快速移動式，在保證探測深度及精度的情況下，大大提高了工作效率，可實現(xiàn)快速、高效的高精度城市地震勘探。本實用新型的探測方法,適用于城市地下50米以內(nèi)的異常探測與地質(zhì)診斷。

附圖說明

圖1是本實用新型實施例一的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本實用新型實施例二的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本實用新型實施例三的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是本實用新型實施例四的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是本實用新型實施例五的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6是本實用新型實施例六的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7是本實用新型實施例六的探測結(jié)果圖；

圖8是本實用新型中的滾輪式地震傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：1、滾輪式地震傳感器，2、檢波器芯體，3、無線地震基站主體，4、WiFi天線，5、基站支架，6、外觸發(fā)裝置，7、震源裝置支架,8、滑輪,9、縱波激發(fā)重錘，10、底座，11、多連桿支架，12、手持式Pad終端，13、震源裝置連接桿，14、橫波激發(fā)重錘，15、端座支架，16、觸輪，17、減震螺絲，18、滾軸，19、螺栓。

具體實施方式

如圖1、2、3、4、5、6所示，一種便攜式城市地質(zhì)異常地震探測系統(tǒng)，包括地震信號接收裝置、無線地震采集基站、外觸發(fā)裝置6、手持式Pad終端12、震源裝置，所述地震信號接收裝置采用多個滾輪式地震傳感器1通過多連桿支架11連接構(gòu)成的線性可移動的傳感器級聯(lián)體，滾輪式地震傳感器1的中心設(shè)置檢波器芯體2，滾輪式地震傳感器1安裝在多連桿支架11的下方，多連桿支架11上分別安裝無線地震采集基站和外觸發(fā)裝置6，震源裝置設(shè)置在多連桿支架11的旁側(cè)；多連桿支架采用多連桿隔震支架。所述震源裝置與外觸發(fā)裝置6相連接，所述無線地震采集基站分別與檢波器芯體2、外觸發(fā)裝置6相連接，無線地震采集基站通過WiFi天線4與手持式Pad終端12通訊。震源裝置可激發(fā)地震橫波或縱波信號，可實現(xiàn)恒定能量激發(fā)，也可采用普通重錘。檢波器芯體2通過航插頭與無線地震采集基站對應(yīng)的傳感器接口相連，所述外觸發(fā)裝置6的航插頭與無線地震采集基站對應(yīng)的觸發(fā)接口相連；所述無線地震采集基站包括無線地震基站主體3及WiFi天線4，WiFi天線4安裝于地震基站主體的上方，無線地震基站主體3安裝在基站支架5上，基站支架5安裝在多連桿支架11上。

傳感器級聯(lián)體由多個滾輪式地震傳感器1組成，每個滾輪式地震傳感器上安裝1～3個檢波器芯體2，當滾輪式地震傳感器安裝一個檢波器芯體2時，該檢波器芯體2的分量為垂直分量或水平分量；當滾輪式地震傳感器安裝兩個檢波器芯體2時，兩個檢波器芯體2為兩個水平分量，或者為一個水平分量一個垂直分量；當滾輪式地震傳感器安裝三個檢波器芯體2時，三個檢波器芯體2為水平面上相互垂直的兩個水平分量，加上一個垂直分量。滾輪式地震傳感器1的個數(shù)為2～16個，兩相鄰滾輪式地震傳感器之間的間距為0.2～2米。

實施例一

如圖1所示，滾輪式地震傳感器1中的檢波器芯體2為單分量，檢波器芯體2的靈敏度方向為垂直于地面方向，滾輪式地震傳感器1通過自重與地面耦合；震源裝置包括底座10、震源裝置支架7、滑輪8及用于激發(fā)縱波地震信號的縱波激發(fā)重錘9，所述震源裝置支架7安裝在底座10上，底座10放置在地面上且其內(nèi)部設(shè)有壓電傳感器，壓電傳感器的正負兩端分別與外觸發(fā)裝置6上的正負端接線柱相連，震源裝置支架7的上端安裝滑輪8，滑輪8通過引線與縱波激發(fā)重錘9連接，縱波激發(fā)重錘9垂直于地面布置且位于底座10的上方。震源裝置縱向激發(fā)地震波，并通過所述滾輪式地震傳感器采集地震信號，經(jīng)所述無線地震基站采集地震信號后，通過WiFi傳輸至手持式Pad終端。

實施例二

如圖2所示，所述滾輪式地震傳感器1中的檢波器芯體2為單分量，檢波器芯體2的靈敏度方向為水平方向，滾輪式地震傳感器1通過自重與地面耦合；震源裝置包括底座10、震源裝置支架7、震源裝置連接桿13及用于激發(fā)橫波地震信號的橫波激發(fā)重錘14，所述震源裝置支架7安裝在底座10上，底座10放置在地面上且其內(nèi)部設(shè)有壓電傳感器，震源裝置支架7的上端安裝震源裝置連接桿13，震源裝置支架7與震源裝置連接桿13之間有夾角且夾角小于90度，震源裝置連接桿13的另一端安裝橫波激發(fā)重錘14，橫波激發(fā)重錘14平行于地面布置且位于底座10的旁側(cè)。震源裝置橫向激發(fā)地震波，并通過所述滾輪式地震傳感器采集地震信號，經(jīng)所述無線地震基站采集地震信號后，通過WiFi傳輸至手持式Pad終端。

可見，實施例二與實施例一的不同之處在于震源裝置是從水平方向激發(fā)地震橫波，同時地震信號接收裝置的檢波器芯體2的靈敏度方向為水平方向，更有利于接收地震橫波信號，該實施例為橫波探測方法。

實施例三

如圖3所示，滾輪式地震傳感器1的個數(shù)為8個。本實施例與實施例一的不同之處在于地震信號接收裝置的滾輪式地震傳感器1組合方式不同，檢波器芯體2的個數(shù)可采用1、2或3個，當滾輪式地震傳感器安裝一個檢波器芯體時，該檢波器芯體的分量為垂直分量或水平分量；當滾輪式地震傳感器安裝兩個檢波器芯體時，兩個檢波器芯體為兩個水平分量，或者為一個水平分量一個垂直分量；當滾輪式地震傳感器安裝三個檢波器芯體時，三個檢波器芯體為水平面上相互垂直的兩個水平分量，加上一個垂直于水平面的分量。地震信號接收裝置為8個滾輪式地震傳感器1通過多連桿支架11級聯(lián)構(gòu)成的傳感器級聯(lián)體，滾輪式地震傳感器1之間的間距為0.2-2m；震源裝置可根據(jù)傳感器靈敏度方向，選擇垂向或橫向激發(fā)地震波，該實施例中傳感器靈敏度為垂直方式，震源為縱向激發(fā)重錘。

實施例四

如圖4所示，所述級聯(lián)式滾輪式地震傳感器1之間的間距為1m。本實施例與實施例一的不同之處在于地震信號接收裝置的滾輪式地震傳感器1的間距不同，4個傳感器間距可擴展為1m，震源裝置可根據(jù)傳感器靈敏度方向，選擇垂向或橫向激發(fā)地震波，該實施例中傳感器靈敏度為垂直方向，震源為縱向激發(fā)重錘。

實施例五

如圖5所示，所述檢波器芯體2為多分量，檢波器芯體2包含3個靈敏度方向的分量，其中，分量一H1為水平沿測線方向，分量二H2為水平且垂直于測線方向，分量三V為垂直于水平方向，測線方向為檢波器芯體連線的延伸方向，整個系統(tǒng)以固定移動步距延測線方向移動探測?？梢姡緦嵤├c實施例一的不同之處在于地震信號接收裝置的滾輪式地震傳感器1芯體為多分量特征。4個滾輪式地震傳感器1中，每個包括3個靈敏度方向不同的芯體，分量一H1為水平沿測線方向，分量二H2為水平且垂直于測線方向，分量三V為垂直于水平方向，可實現(xiàn)多波多分量精細地震勘探。

實施例六

如圖6所示，檢波器芯體2為單分量，檢波器芯體2的靈敏度方向為垂直方向，檢波器芯體2及外部觸輪16通過自重與地面耦合，檢波器芯體2個數(shù)為16個，間距為0.5m；震源裝置采用縱波震源，激發(fā)點位置為每個滾輪式地震傳感器連線中心，激發(fā)間距0.5m，則傳感器排列范圍內(nèi)共激發(fā)15炮，為保證散射地震探測排列長度，則在起始傳感器前方及末尾傳感器后方各增加1炮，則采用該16道系統(tǒng)進行探測時，共激發(fā)17炮，激發(fā)完成后，整個系統(tǒng)以0.5m的步距沿測線整體移動。數(shù)據(jù)經(jīng)處理可獲得散射偏移地震剖面，如圖7所示，圖中界面一為路面下方雜填土與原狀土分界線，界面二為地鐵隧道頂界面，探測深度可達20m。

如圖8所示，滾輪式地震傳感器包括檢波器芯體2、端座支架15、觸輪16、減震螺絲17、滾軸18、螺栓19和彈墊；所述觸輪16為外部金屬滾輪，垂直于地面放置，有一定重量；所述滾軸18位于所述觸輪16中心位置，所述檢波器芯體2按一定方向放置于滾軸18中，在滾輪式地震傳感器運動過程中，所述滾軸18保持不動，即不發(fā)生轉(zhuǎn)動，以保證內(nèi)部檢波器芯體2靈敏度方向不變；所述端座支架15通過螺栓19及彈墊安裝于滾輪兩側(cè)，起到固定滾軸18的作用；所述減震螺絲17安裝于兩側(cè)端座支架15上部。滾輪式地震傳感器的觸輪通過外部端座支架15和減震螺絲17固定于多連桿支架11上；滾軸式傳感器質(zhì)量不低于1.5Kg,達到自重耦合地面的要求。

本實用新型探測步驟如下：

（1）根據(jù)探測精度的要求，設(shè)置探測系統(tǒng)，即確定地震信號接收裝置中滾輪式地震傳感器、震源裝置的相對位置關(guān)系，確定每次移動的步距，確定滾輪式地震傳感器的間距及個數(shù)，并將地震信號接收裝置、無線地震采集基站、外觸發(fā)裝置、手持式Pad終端及震源裝置在現(xiàn)場組裝為可移動式的探測系統(tǒng)；

（2）將探測系統(tǒng)置于探測區(qū)域測線的起始位置，利用手持式Pad連接無線地震采集基站，在無線模式下進行參數(shù)設(shè)置及數(shù)據(jù)傳輸，正式開始前需進行試觸發(fā)，采集第一次激發(fā)的地震信號，接收地震波形，實時判斷數(shù)據(jù)質(zhì)量，如果地震數(shù)據(jù)初至明顯，有效波清晰可辨，則按照當前參數(shù)進行數(shù)據(jù)采集，否則需刪除當前數(shù)據(jù)，重新進行地震數(shù)據(jù)采集；

（3）按照步驟（1）中的探測系統(tǒng)確定移動步距，即震源裝置每次激發(fā)結(jié)束后，整個探測系統(tǒng)沿測線移動的距離，并按照步驟（2）進行數(shù)據(jù)采集，并實時監(jiān)測數(shù)據(jù)質(zhì)量，直到整條測線的數(shù)據(jù)采集工作完成；

（4）通過數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，分析地震數(shù)據(jù)，根據(jù)探測方式進行面波、橫波、縱波、反射波、散射波及折射波數(shù)據(jù)預(yù)處理、疊加等處理，獲得探測深度較大、分辨率較高的地震剖面；

（5）結(jié)合探測區(qū)域的鉆孔資料及地質(zhì)資料層位信息，對地震剖面進行高分辨率資料解釋，劃定異常區(qū)的范圍，并形成探測診斷報告。

在工作時，首先，根據(jù)測線長度、精度要求等設(shè)計探測系統(tǒng)，即探測過程中的傳感器間距、炮檢距、移動步距及炮點和檢波器芯體2的對應(yīng)關(guān)系，在此基礎(chǔ)上確定級聯(lián)式傳感器的數(shù)量，根據(jù)探測系統(tǒng)中的道間距組裝傳感器；根據(jù)不同的勘探方法，確定檢波器芯體2的靈敏度方向：

進行縱波勘探時，需將級聯(lián)式滾輪式地震傳感器1中的檢波器芯體2按照靈敏度垂直方向安裝；

進行橫波勘探時，需將級聯(lián)式滾輪式地震傳感器1中的檢波器芯體2按照靈敏度水平方向安裝；

進行多波勘探時，需將檢波器芯體2按三個方向安裝：分量一H1為水平沿測線方向，分量二H2為水平且垂直于測線方向，分量三V為垂直方向；

地震信號接收裝置由級聯(lián)式滾輪式地震傳感器1組成，將其航插頭與無線地震基站對應(yīng)的傳感器接口相連；

將外觸發(fā)裝置6的航插頭，與無線地震基站對應(yīng)的觸發(fā)接口相連；

震源裝置裝有壓電傳感器，該傳感器的正負兩端分別與外觸發(fā)裝置6上的正負端接線柱相連，當外力激發(fā)時，縱波激發(fā)重錘9自由落體，擊中底座10，底座10內(nèi)的壓電傳感器感應(yīng)到，壓電傳感器的電信號通過外觸發(fā)裝置6的信號放大功能，實現(xiàn)地震信號實時外觸發(fā)；如果是橫波激發(fā)重錘14，則所謂的外力是指橫向擊中底座10的外力；

開啟地震信號采集裝置中無線地震基站的WiFi，并通過手持Pad終端搜索該WiFi并連接，開啟Pad終端的地震采集軟件，并測試通訊情況，使整個系統(tǒng)保持通訊正常；

震源裝置放置于滾輪式地震傳感器一側(cè)，整個系統(tǒng)以0.2m的移動步距沿測線方向移動，數(shù)據(jù)采集過程中，在手持Pad端實時監(jiān)測地震信號，并以此方式完成地震數(shù)據(jù)采集。

綜上所述，本實用新型中的滾輪式地震傳感器1將檢波器芯體2固定于滾輪軸部，在保證自重耦合的情況下實現(xiàn)了無損檢測，真正區(qū)別于傳統(tǒng)意義上的檢波器排列，提高了工作效率；級聯(lián)式滾輪式地震傳感器1間距可調(diào)，檢波器芯體2個數(shù)可拓展，可以滿足不同覆蓋次數(shù)的疊加條件，探測精度高；滾輪式地震傳感器1靈敏度方向可調(diào)節(jié)，若采用縱向及橫向組合方式，可進行多分量地震數(shù)據(jù)采集、處理及解釋；震源裝置可激發(fā)橫波或縱波信號，結(jié)合多分量可拓展的滾輪式地震傳感器1，可進行多種方法的地震勘探資料處理，如縱波勘探、橫波勘探及面波勘探。