CN104155682A - 利用运动车辆作为震源的微震地震勘探方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种利用运动车辆作为震源的微震地震方法，为解决勘探震源不足问题，其利用运动车辆发出的微震动并进行记录，同时在一定范围内布置一组采集站，记录运动车辆发出的微震动经过地下地质结构传播、反射、折射、透射、绕射后的震动信号，并把微震动的信号与采集站采集的信号经过相关处理后，获得相应的地震反射信号，然后利用这个地震反射信号确定地下地质构造，步骤如下：A、在道路、铁路侧边类似于激发点的一点S布设一个采集站记录运动车辆经过时的震动信号S(t)；B、在该点S周围的一定范围内选择若干采集点Rn，n＝1，2，…，N布置一个采集站记录震动信号Rn(t)。具有能挖掘车辆持续性随机性微震源优势，利用其与传统的主动源及被动源都不同的震源特性，来弥补天然的或其他人工震源的不足实现地震勘探目的的优点。

Description

利用运动车辆作为震源的微震地震勘探方法

技术领域

本发明涉及被动源地震勘探方法，特别是涉及一种利用运动车辆作为震源的微震地震勘探方法。

技术背景

在目前的地震勘探常规方法的实施过程中，地震激发是一个重要的环节。常规地震勘探过程中，使用炸药或者专用的可控震源来激发地震波，地震波向地下传播，经地下地层界面反射后传回地表，被地表检波器接收，从而获取地下结构信息。随着地震勘探技术的发展，为了解决传统震源因为环境或其他因素无法使用的问题，地球物理学家提出并发展了无源地震技术，或者称为被动源地震技术。

在以往主动源地震方法的研究中，通常把铁路列车，公路机动车行驶等这类交通引起的振动视为一种有害的噪声源或者振动源，比如在铁路附近甚至将近10公里远的地震台站仍然会受到列车振动的影响。靠近城市或者公路的地震采集施工一般也需要避开交通噪声对数据采集的影响。随着近年来城市轨道交通的快速发展，列车产生的振动可能会产生的地表、地质破坏乃至对建筑物造成的损害是大多数人更加关心的问题。但是，如果我们从勘探地震学的角度来考虑，可以发现铁路、地铁或者城铁的振动具有能量强、频带宽、重复性高等特点，汽车行驶引起的振动也具有很好的能量强度和很广的分布范围，我们能否对这些振动信号加以利用，将其视为一种绿色震源呢？

在城市进行地震勘探时，考虑到可能对城市环境的破坏，大部分的人工震源都是不再适用的。此时，如果我们在城市中靠近地铁或城铁轨道的地区布设检波器，其所记录到的振动信号特征是怎样的，汽车振动信号又有何特征，这些振动信号是否含有与地下地质结构有关的信息，并且如何使用这些信号来探测地下结构(如城市活动断层等)，这需要我们通过科学、合理且精确的观测，同时结合甚至发展勘探地震学中的相关的数据处理的方法和技术，来达到上述目的。迄今为止，如何利用列车及汽车产生的地震信号来进行地下结构的勘探尚没有见到较为明确的研究。

发明内容

本发明目的在于克服现有技术的上述缺陷，提供一种能挖掘车辆持续性随机性微震源优势，弥补勘探震源不足的利用运动车辆作为震源的微震地震勘探方法。

为实现上述目的，本发明利用运动车辆作为震源的微震地震方法，其特征在于利用运动车辆发出的微震动并进行记录，同时在一定范围内布置一组采集站，记录运动车辆发出的微震动经过地下地质结构传播、反射、折射、透射、绕射后的震动信号，并把微震动的信号与采集站采集的信号经过相关处理后，获得相应的地震反射信号，然后利用这个地震反射信号确定地下地质构造，步骤如下：

A、在道路、铁路侧边类似于激发点的一点S布设一个采集站记录运动车辆经过时的震动信号S(t)；

B、在该点S周围的一定范围内选择若干采集点Rn，n＝1，2，…，N，并在每个点Rn布置一个采集站记录运动车辆发出的微震动经过地下地质结构传播、反射、透射、绕射后的震动信号Rn(t)；

C、把震动源的记录S(t)与采集点的记录Rn(t)进行互相关运算后获得我们需要的记录Cn(t)，即：Cn(t)＝S(t)·Rn(t)。使用本发明方法可以利用运动车辆产生的微震信号来进行地震勘探。当然，本发明方法并非是要取代其他可作为勘探使用的地震震源，而是将其补充到已有地震勘探的方法中来，利用其与传统的主动源及被动源都不同的震源特性，来弥补天然的或其他人工震源的不足。其具有能挖掘车辆持续性随机性微震源优势，利用其与传统的主动源及被动源都不同的震源特性，来弥补天然的或其他人工震源的不足实现地震勘探目的的优点。

作为优化，震动源的记录S(t)与采集点的记录Rn(t)同步记录，以保证互相关的实现。

作为优化，震动源的记录S(t)与采集点的记录Rn(t)进行的相关运算包括在时间域和频率域进行的互相关、反褶积和互相干等具有互相关基本特征的运算。

作为优化，把震动源的记录S(t)与采集点的记录Rn(t)进行的相关运算所得的记录Cn(t)是一种虚震源记录或者相当于在S点有一个主动源激发，测线R接收的地震记录。

作为优化，运动车辆作为微震震源的震动是能提高后续数据质量的具有足够随机性的震动。

作为优化，利用运动车辆作为微震震源的地下结构检测是利用长时间的数据接收而集聚能量后进行的。

作为优化，运动车辆是任何移动的车辆，包括汽车、火车、高铁等，所有这些震动均为被动源；利用运动车辆作为微震震源是一种受到地域位置的限制和制约下的利用被动源进行的地下结构勘探。

作为优化，沿着道路或者铁路侧边布设若干个激发点Sm，m＝1，2，…，M采集站；然后按所述规则进行布设采集点Rn，n＝1，2，…，N采集站，并记录运动车辆经过时的震动源信号Sm(t)和采集点的震动信号Rn(t)；把震动源信号Sm(t)与采集点的震动信号Rn(t)的信号相关后可以获得类似于常规的共炮点多次叠加道集，所有后续处理均可以借鉴常规处理方法。

作为优化，所述激发点Sm，m＝1，2，…，M采集站为临近车辆行进路线的接收车辆振动信号地震测线，所述采集点Rn，n＝1，2，…，N采集站为远离车辆行进路线的接收微震信号地城测线；两地震测线长度相近，接收车辆振动信号地震测线的采集站间距大于接收微震信号地城测线的道间距或者接收车辆振动信号地震测线的采集站数少于接收微震信号地城测线的道数。更优选所述站间距是道间距的1.5-1.9倍。测线长度为2-20公里，优选4-10公里。

作为优化，信号采集过程中，保证两条测线均获得了相同时间的连续的较长时间段的振动及微震信号。所述记录时间可能为6-24小时，更优选8-12小时。

本发明是利用运动车辆作为震源的微震地震勘探方法，涉及地震地质勘探，地震数据采集，处理及解释工作。该方法利用运动车辆发出的微震动并进行记录，同时在一定范围内布置一组采集站，记录运动车辆发出的微震动经过地下地质结构传播、反射、折射、透射、绕射后的震动信号，并把微震动的信号与采集站采集的信号经过相关处理后，获得相应的地震反射信号，然后利用这个地震反射信号确定地下地质构造的技术。本方法可以用于工程地质勘探，矿产勘探，地球内部结构调查等领域。

采用上述技术方案后，本发明利用运动车辆作为震源的微震地震勘探方法具有能挖掘车辆持续性随机性微震源优势，利用其与传统的主动源及被动源都不同的震源特性，来弥补天然的或其他人工震源的不足实现地震勘探目的的优点。

附图说明

图1是本发明利用运动车辆作为震源的微震地震勘探方法进行数据采集时的平面示意图；

图2是本发明利用运动车辆作为震源的微震地震勘探方法进行数据采集时的竖向剖视示意图；

图3是本发明利用运动车辆作为震源的微震地震勘探方法的实施过程框图；

图4是本发明利用运动车辆作为震源的微震地震勘探方法实例的观测测线位置图；

图5是图4中的近铁路测线获取的列车振动信号图；

图6是图4中的远铁路测线获取的微震信号记录图；

图7是图4中两条测线数据经相关处理后所得的虚震源记录图。

具体实施方式

如图所示，本发明利用运动车辆作为震源的微震地震技方法的具体实施过程可以表示成图3所示的流程图。具体过程可以总结为三大处理步骤：①与车辆振动有关的数据采集，以获取车辆振动信号及包含了地下地质结构信息的微震信号。②对获取的车辆振动信号及微震信号进行互相关(也可以为反褶积或者互相干)操作，获取与主动源地震类似的虚震源记录。③对虚震源记录进行地震数据处理。以下对此三个步骤进行详细阐述。

1)、车辆振动数据及微震数据的采集。本发明方法的首要创新在于设计了合理的观测系统以同时记录列车振动信号及该振动能力经地下介质传播后的微震信号。如附图1-2所示，在列车或者机动车经过的铁路或公路的一侧，较近距离的布设一个或多个地震信号采集站以获取车辆振动信号，该测点或该测线上的测点表示为S或Si(i＝1，2，...)，其中i为道号，所获取的车辆振动信号为S(t)或者S(i，t)。距离铁路或道路较远距离处布设微震信号观测测线，包含若干采集点Rn，n＝1，2，·，N，并在每个点Rn布置一个采集站记录运动车辆发出的微震动经过地下地质结构传播、反射、折射、透射、绕射后的震动信号Rn(t)。需要强调的是，近道路测线与微震信号采集测线在信号采集时必须保证是严格时间同步，例如可以同为GPS授时的标准时间。信号采集过程中，应该保证两条测线均获得了相同时间的连续的较长时间段的振动及微震信号，一般采集时间越长，集聚能量越好，最终的地震勘探效果越好。车辆振动时间与空间分布的随机性越好，后续的数据处理质量越高。

2)、车辆振动信号与微震信号的互相关处理。把震动源的记录S(t)与采集点的记录Rn(t)进行互相关运算后获得我们需要的记录Cn(t)，即：Cn(t)＝S(t)·Rn(t)。运算包括在时间域和频率域进行的互相关、反褶积和互相干等具有互相关基本特征的运算。经过该步骤处理后所得的记录Cn(t)是一种虚震源记录，即相当于在S点有一个主动源激发，测线R接收的地震记录。

3)、对虚震源记录进行地震数据处理。如果近道路的车辆振动观测点为若干个，Sm，m＝1，2，·，M，并记录运动车辆经过时的震动源信号Sm(t)。然后把采集点Rn，n＝1，2，·，N按一定规则进行设计，获得采集点的震动信号Rn(t)。把震动源信号Sm(t)与采集点的震动信号Rn(t)的信号相关后可以获得类似于常规的共炮点多次叠加道集，可以使用反射地震的共中心道集方法进行叠加成像处理。此外，虚震源记录中的面波，折射波等其他地震信号可用于面波及折射波数据处理。

以下列举一个实际用例进一步说明本发明的具体实施过程。如附图4所示，在京津城际铁路附近布设了两条地震测线，两条测线长度均为6公里左右，一条测线紧靠铁路，共约400个采集站，间距约为17米，用于接收列车振动信号。右侧测线共600道，道距10米，用于接收微震信号。附图5和附图6分别是两条测线记录下的列车振动信号和较远距离处的微震信号。信号为连续数天采集记录中的一段，时长为30秒。我们使用附图3中五角星位置处的采集站的数据记录约10个小时与右侧微震信号测线的相同时间上的数据记录进行了互相关操作，所获取的虚震源记录见附图6。选择左侧测线上的不同观测点，重复上述互相关操作的步骤，可以获取与主动源地震类似的一系列地震炮集记录。

Claims (10)

1.一种利用运动车辆作为震源的微震地震方法，其特征在于利用运动车辆发出的微震动并进行记录，同时在一定范围内布置一组采集站，记录运动车辆发出的微震动经过地下地质结构传播、反射、折射、透射、绕射后的震动信号，并把微震动的信号与采集站采集的信号经过相关处理后，获得相应的地震反射信号，然后利用这个地震反射信号确定地下地质构造，步骤如下：

A、在道路、铁路侧边类似于激发点的一点S布设一个采集站记录运动车辆经过时的震动信号S(t)；

B、在该点S周围的一定范围内选择若干采集点Rn，n＝1，2，…，N，并在每个点Rn布置一个采集站记录运动车辆发出的微震动经过地下地质结构传播、反射、透射、绕射后的震动信号Rn(t)；

C、把震动源的记录S(t)与采集点的记录Rn(t)进行互相关运算后获得我们需要的记录Cn(t)，即：Cn(t)＝S(t)·Rn(t)。

2.根据权利要求1所述方法，其特征在于震动源的记录S(t)与采集点的记录Rn(t)同步记录。

3.根据权利要求1所述方法，其特征在于震动源的记录S(t)与采集点的记录Rn(t)进行的相关运算包括在时间域和频率域进行的互相关、反褶积和互相干等具有互相关基本特征的运算。

4.根据权利要求1所述方法，其特征在于把震动源的记录S(t)与采集点的记录Rn(t)进行的相关运算所得的记录Cn(t)是一种虚震源记录或者相当于在S点有一个主动源激发，测线R接收的地震记录。

5.根据权利要求1所述方法，其特征在于运动车辆作为微震震源的震动是能提高后续数据质量的具有足够随机性的震动。

6.根据权利要求1所述方法，其特征在于利用运动车辆作为微震震源的地下结构检测是利用长时间的数据接收而集聚能量后进行的。

7.根据权利要求1所述方法，其特征在于运动车辆是任何移动的车辆，包括汽车、火车、高铁等，所有这些震动均为被动源；利用运动车辆作为微震震源是一种受到地域位置的限制和制约下的利用被动源进行的地下结构勘探。

8.根据权利要求1-7任一所述方法，其特征在于沿着道路或者铁路侧边布设若干个激发点Sm，m＝1，2，…，M采集站；然后按所述规则进行布设采集点Rn，n＝1，2，…，N采集站，并记录运动车辆经过时的震动源信号Sm(t)和采集点的震动信号Rn(t)；把震动源信号Sm(t)与采集点的震动信号Rn(t)的信号相关后可以获得类似于常规的共炮点多次叠加道集，所有后续处理均可以借鉴常规处理方法。

9.根据权利要求8所述方法，其特征在于所述激发点Sm，m＝1，2，…，M采集站为临近车辆行进路线的接收车辆振动信号地震测线，所述采集点Rn，n＝1，2，…，N采集站为远离车辆行进路线的接收微震信号地城测线；两地震测线长度相近，接收车辆振动信号地震测线的采集站间距大于接收微震信号地城测线的道间距或者接收车辆振动信号地震测线的采集站数少于接收微震信号地城测线的道数。

10.根据权利要求9所述方法，其特征在于信号采集过程中，保证两条测线均获得了相同时间的连续的较长时间段的振动及微震信号。