本發(fā)明屬于面波地質(zhì)勘探領(lǐng)域，尤其涉及一種基于拋撒式傳感器的城市密集區(qū)面波地質(zhì)勘探系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

1、本部分的陳述僅僅是提供了與本發(fā)明相關(guān)的背景技術(shù)信息，不必然構(gòu)成在先技術(shù)。

2、由于城市淺地表具有復(fù)雜的地質(zhì)環(huán)境，城市地下施工面臨嚴(yán)峻的災(zāi)害防治和安全建設(shè)挑戰(zhàn)。其中，孤石、巖溶等不良地質(zhì)是威脅掘進(jìn)機安全施工的主要災(zāi)害源，若未能提前探明上述不良地質(zhì)并預(yù)先處置，則易導(dǎo)致掘進(jìn)機刀盤異常損毀、被卡、塌方、地表塌陷等災(zāi)害，進(jìn)而造成工程延誤、人員傷亡、重大經(jīng)濟損失等嚴(yán)重后果。因此，城市地下隧道建設(shè)需要提前探明掘進(jìn)機掘進(jìn)面前方不良地質(zhì)情況，指導(dǎo)掘進(jìn)機安全施工。

3、在現(xiàn)有技術(shù)中，面波勘探為一種淺地表地震勘探方法，具有非侵入、淺地表衰減小、場地適應(yīng)性強、施工成本低等優(yōu)點，已經(jīng)在工程地質(zhì)勘探、無損檢測等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。面波勘探需要在地表布設(shè)觀測系統(tǒng)，為了獲得高質(zhì)量的面波記錄，往往需要較大的觀測空間，然而，城市地下隧道一般位于城市交通干道、商業(yè)區(qū)等城市建筑密集區(qū)下方，地表環(huán)境復(fù)雜，面波觀測條件難以滿足。

4、因此，城市密集區(qū)面波地質(zhì)勘探面臨的關(guān)鍵難題之一是地表面波觀測系統(tǒng)布設(shè)條件難以滿足?，F(xiàn)有的面波數(shù)據(jù)處理方法均對傳感器排列方式提出了要求，目前面波觀測系統(tǒng)主要有一維線性排列及圓形、十字型、t型等二維排列方式，這些均需要較長的測線長度或較大的二維觀測空間，但是在城市密集區(qū)復(fù)雜地表環(huán)境下難以滿足。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為了解決上述背景技術(shù)中存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種基于拋撒式傳感器的城市密集區(qū)面波地質(zhì)勘探系統(tǒng)及方法，其通過拋撒式傳感器進(jìn)行非規(guī)則面波觀測系統(tǒng)的布設(shè)，能夠獲得城市密集區(qū)淺地表地質(zhì)情況，探測隧道掘進(jìn)面前方不良地質(zhì)體分布，對鉆進(jìn)前方巖體質(zhì)量等級進(jìn)行預(yù)報并及時發(fā)現(xiàn)掘進(jìn)面前方的不良地質(zhì)體，可據(jù)此優(yōu)化施工方案，為保障隧道施工安全提供借鑒。

2、為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

3、本發(fā)明的第一個方面提供一種基于拋撒式傳感器的城市密集區(qū)面波地質(zhì)勘探系統(tǒng)。

4、一種基于拋撒式傳感器的城市密集區(qū)面波地質(zhì)勘探系統(tǒng)，其包括：拋撒式面波傳感器和面波數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)；

5、所述拋撒式面波傳感器用于同步采集面波信號，并將面波信號連同拋撒式面波傳感器自身的空間定位信息發(fā)送至面波數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)；其中，面波信號包括同步采集的刀盤破巖震源產(chǎn)生的地震波、面波和背景噪聲；

6、所述面波數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)用于：

7、根據(jù)拋撒式面波傳感器的空間定位信息，定位探測區(qū)域位置；

8、對接收到的面波信號依次進(jìn)行預(yù)處理、頻譜分析及帶通濾波、體波去除、時間域歸一化和模態(tài)分離處理，得到模態(tài)分離后的地震記錄；

9、基于模態(tài)分離后的地震記錄，任意兩個拋撒式面波傳感器間進(jìn)行地震干涉；

10、根據(jù)地震干涉結(jié)果，提取任意兩道地震記錄間的相速度頻散曲線及走時信息，再進(jìn)行面波層析成像反演，得到探測區(qū)域的橫波速度結(jié)構(gòu)。

11、作為一種實施方式，所述拋撒式面波傳感器根據(jù)城市地表情況隨機布設(shè)。

12、作為一種實施方式，所述拋撒式面波傳感器放置于地表或埋置于地下。

13、作為一種實施方式，所述拋撒式面波傳感器在設(shè)定探測區(qū)域內(nèi)均勻布設(shè)。

14、作為一種實施方式，所述拋撒式傳感器為三分量檢波器，同時采集多分量面波數(shù)據(jù)。

15、作為一種實施方式，所述拋撒式傳感器為具有自動定位系統(tǒng)及時間同步系統(tǒng)。

16、作為一種實施方式，在所述面波數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)中，采用相位掃描方法提取兩道地震記錄間的相速度頻散曲線。

17、作為一種實施方式，在所述面波數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)中，基于任意兩道地震記錄間的相速度頻散曲線及預(yù)先構(gòu)建的目標(biāo)網(wǎng)格，計算對應(yīng)走時信息。

18、作為一種實施方式，在所述面波數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)中，根據(jù)任意兩道地震記錄間的相速度頻散曲線及走時信息，采用阻尼最小二乘法進(jìn)行面波層析成像反演。

19、本發(fā)明的第二個方面提供一種基于拋撒式傳感器的城市密集區(qū)面波地質(zhì)勘探方法。

20、一種基于拋撒式傳感器的城市密集區(qū)面波地質(zhì)勘探方法，其包括：

21、接收拋撒式面波傳感器同步采集面波信號及其空間定位信息，其中，面波信號包括同步采集的刀盤破巖震源產(chǎn)生的地震波、面波和背景噪聲；

22、根據(jù)拋撒式面波傳感器的空間定位信息，定位探測區(qū)域位置；

23、對接收到的面波信號依次進(jìn)行預(yù)處理、頻譜分析及帶通濾波、體波去除、時間域歸一化和模態(tài)分離處理，得到模態(tài)分離后的地震記錄；

24、基于模態(tài)分離后的地震記錄，任意兩個拋撒式面波傳感器間進(jìn)行地震干涉；

25、根據(jù)地震干涉結(jié)果，提取任意兩道地震記錄間的相速度頻散曲線及走時信息，再進(jìn)行面波層析成像反演，得到探測區(qū)域的橫波速度結(jié)構(gòu)。

26、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

27、(1)為了解決城市密集區(qū)地表環(huán)境復(fù)雜難以滿足面波勘探觀測要求的難題，本發(fā)明提供了一種基于拋撒式傳感器進(jìn)行城市密集區(qū)面波地質(zhì)勘探系統(tǒng)及方法，其中觀測系統(tǒng)不需進(jìn)行規(guī)則排列，能適用于城市密集區(qū)地表復(fù)雜環(huán)境，；

28、(2)本發(fā)明利用多模態(tài)信息進(jìn)行面波層析成像，能夠有效提高面波層析成像結(jié)果的準(zhǔn)確性，獲得更加真實可靠的勘探結(jié)果。

29、本發(fā)明附加方面的優(yōu)點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發(fā)明的實踐了解到。

技術(shù)特征：

1.一種基于拋撒式傳感器的城市密集區(qū)面波地質(zhì)勘探系統(tǒng)，其特征在于，包括：拋撒式面波傳感器和面波數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)；

2.如權(quán)利要求1所述的基于拋撒式傳感器的城市密集區(qū)面波地質(zhì)勘探系統(tǒng)，其特征在于，所述拋撒式面波傳感器根據(jù)城市地表情況隨機布設(shè)。

3.如權(quán)利要求1所述的基于拋撒式傳感器的城市密集區(qū)面波地質(zhì)勘探系統(tǒng)，其特征在于，所述拋撒式面波傳感器放置于地表或埋置于地下。

4.如權(quán)利要求1所述的基于拋撒式傳感器的城市密集區(qū)面波地質(zhì)勘探系統(tǒng)，其特征在于，所述拋撒式面波傳感器在設(shè)定探測區(qū)域內(nèi)均勻布設(shè)。

5.如權(quán)利要求1所述的基于拋撒式傳感器的城市密集區(qū)面波地質(zhì)勘探系統(tǒng)，其特征在于，所述拋撒式傳感器為三分量檢波器，同時采集多分量面波數(shù)據(jù)。

6.如權(quán)利要求1所述的基于拋撒式傳感器的城市密集區(qū)面波地質(zhì)勘探系統(tǒng)，其特征在于，所述拋撒式傳感器為具有自動定位系統(tǒng)及時間同步系統(tǒng)。

7.如權(quán)利要求1所述的基于拋撒式傳感器的城市密集區(qū)面波地質(zhì)勘探系統(tǒng)，其特征在于，在所述面波數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)中，采用相位掃描方法提取兩道地震記錄間的相速度頻散曲線。

8.如權(quán)利要求1所述的基于拋撒式傳感器的城市密集區(qū)面波地質(zhì)勘探系統(tǒng)，其特征在于，在所述面波數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)中，基于任意兩道地震記錄間的相速度頻散曲線及預(yù)先構(gòu)建的目標(biāo)網(wǎng)格，計算對應(yīng)走時信息。

9.如權(quán)利要求1所述的基于拋撒式傳感器的城市密集區(qū)面波地質(zhì)勘探系統(tǒng)，其特征在于，在所述面波數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)中，根據(jù)任意兩道地震記錄間的相速度頻散曲線及走時信息，采用阻尼最小二乘法進(jìn)行面波層析成像反演。

10.一種基于拋撒式傳感器的城市密集區(qū)面波地質(zhì)勘探方法，其特征在于，包括：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于面波地質(zhì)勘探領(lǐng)域，提供基于拋撒式傳感器的城市密集區(qū)面波地質(zhì)勘探系統(tǒng)及方法。其中，城市密集區(qū)面波地質(zhì)勘探系統(tǒng)，包括拋撒式面波傳感器和面波數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)；拋撒式面波傳感器同步采集面波信號并將其連同空間定位信息發(fā)送至面波數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)；面波數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)用于根據(jù)拋撒式面波傳感器的空間定位信息，定位探測區(qū)域位置；對接收到的面波信號依次進(jìn)行預(yù)處理、頻譜分析及帶通濾波、體波去除、時間域歸一化和模態(tài)分離處理，得到模態(tài)分離后的地震記錄；任意兩個拋撒式面波傳感器間進(jìn)行地震干涉；提取兩道地震記錄間的相速度頻散曲線及走時信息，再進(jìn)行面波層析成像反演，得到探測區(qū)域的橫波速度結(jié)構(gòu)，能夠?qū)崿F(xiàn)地質(zhì)異常體的超前預(yù)報。

技術(shù)研發(fā)人員：陳磊,李忠治,郝磊,任玉曉,許新驥
受保護(hù)的技術(shù)使用者：山東大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/2