CN106597530A - 雪橇式地震传感器接收系统及其地震探测装置与方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了雪橇式地震传感器接收系统及其地震探测装置与方法。雪橇式地震传感器接收系统包括两块踏板、多个地震传感器芯体、多个传感器隔音隔震装置、一条连接绳。两块踏板通过连接绳相连，连接绳长度固定且无弹性，用于控制踏板每次移动的距离。每块踏板面向地面的底壁上安装与地面刚性耦合的若干地震传感器芯体，每块踏板上与底壁相对的顶壁上安装用于将踏板和用户的脚相固定的固定结构。每一个地震传感器芯体外设置有与地面耦合的一个传感器隔音隔震装置，传感器隔音隔震装置有效的隔绝声波干扰，提高数据的信噪比。本发明具有便携式、耦合性强的特点。

Description

雪橇式地震传感器接收系统及其地震探测装置与方法

技术领域

本发明涉及一种传感器接收系统，尤其涉及一种雪橇式地震传感器接收系统、应用该雪橇式地震传感器接收系统的单人行进式地震探测装置、该单人行进式地震探测装置的探测方法。

背景技术

我国的工程地震勘探从20世纪70年代中期逐步开展，80年代初有了较大规模的系统发展。近些年来，随着我国城市建设的深入发展，交通、水利等基础建设投入的加大，各种工程地质和工程质量问题，不仅影响了基础建设的发展，还危害到国家和人民的生命财产安全。工程地震勘探不仅具有无损、费用适中的优点，而且还具有高效率的特点，因而受到了广泛的关注(引用文献：侯卫生，刘江平，工程地震勘探新进展，2002，25(06)：59-60)。

工程地震勘探应用领域涉及到基础建设的各个方面，因此，如何准确地对地下不良地质体或地质界面进行有效的探测成为各种基础建设的前提条件，工程勘察的费用昂贵且对基础有破坏作用，因而需要寻求一种无损的、费用适宜的勘探方法。由于其特殊要求，通常对环境和成本比较苛求，施工要求不扰民、不破坏、成本低、速度快，否则不如钻探，同时，又对绝对精度和正确率要求非常高，因此，对勘探仪器和技术提出了更高的要求。(引用文献：袁明德，工程地震勘探技术的进展，2004，19(04)：847-848)。

传统的地震勘探设备笨重，需要耗费大量的人力物力，传感器排列的布置及移动操作复杂，探测效率低，因此高效简便的地震探测设备及高效的探测方法是亟待关注的问题。

发明内容

本发明所要解决的问题是针对背景技术的不足提出了一种雪橇式地震传感器接收系统、应用该雪橇式地震传感器接收系统的单人行进式地震探测装置、该单人行进式地震探测装置的探测方法。该雪橇式地震传感器接收系统具有便携式、耦合性强的特点，该单人行进式地震探测装置及其探测方法具有自动化程度高、工作效率高、精度高、且易便携的特点。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：一种雪橇式地震传感器接收系统，其包括两块踏板、多个地震传感器芯体、多个传感器隔音隔震装置、一条连接绳；两块踏板通过连接绳相连，连接绳长度固定且无弹性，用于控制踏板每次移动的距离；每块踏板面向地面的底壁上安装与地面刚性耦合的若干地震传感器芯体，每块踏板上与底壁相对的顶壁上安装用于将踏板和用户的脚相耦合的固定结构，每一个地震传感器芯体外设置有与地面耦合的一个传感器隔音隔震装置。。

作为上述方案的进一步改进，该雪橇式地震传感器接收系统还设置至少一条连接线，连接线用于实现该地震传感器芯体的外部电性连接。

进一步地，连接线为多通道屏蔽线，将所有地震传感器芯体的连接线集成于一体，并引出航插端口。

作为上述方案的进一步改进，每一个地震传感器芯体垂直安装于相应踏板上。

作为上述方案的进一步改进，所有地震传感器芯体等间距布置在相应的踏板上。

作为上述方案的进一步改进，地震传感器芯体为单分量形式，且灵敏度方向为垂直于相应踏板的方向。

进一步地，每个地震传感器芯体为多分量形式，且为垂直方向传感器芯体和水平方向传感器芯体的组合。

本发明还提供一种单人行进式地震探测装置，其包括移动终端、地震采集基站、激发重锤、上述任意雪橇式地震传感器接收系统，激发重锤用于产生地震信号，地震采集基站采集该雪橇式地震传感器接收系统的每一个地震传感器芯体的接收到的地震信号。

作为上述方案的进一步改进，移动终端为头戴式Pad终端或者笔记本电脑。

本发明还提供一种单人行进式地震探测装置的探测方法，其包括以下步骤：

一、根据单人行进式地震探测装置，安装移动终端、地震采集基站、雪橇式地震传感器接收系统，使雪橇式地震传感器接收系统的地震传感器芯体与地震采集基站通讯，移动终端与地震采集基站通讯；

二、两块踏板沿地震测线方向布置，通过连接绳控制整个雪橇式地震传感器接收系统行进时的移动步距，该单人行进式地震探测装置基于地震勘探原理，沿线形观测系统进行探测，实现小排列多次覆盖探测；

三、探测过程中，踏板的底壁上嵌入的地震传感器芯体与地面完全刚性耦合，置于地震传感器芯体外部的传感器隔音隔震装置同时与地面耦合，隔绝声波干扰的同时，保证各地震传感器芯体之间相互独立接收地震信号；

四、操作人员手持激发重锤激发地震波以产生地震信号，该雪橇式地震传感器接收系统采集并传输该地震信号至移动终端，操作人员在踏板以连接绳限定的固定距离向前行进的过程中，能监测实时的地震信号，实现单人式高效的地震数据采集及探测；

五、通过一个数据处理软件系统，分析地震数据，获得探测深度较大、分辨率较高的地震剖面；

六、结合探测区域的钻孔资料及地质资料层位信息，对地震剖面进行高分辨率资料解释，划定异常区的范围，并形成探测诊断报告。

本发明的有益效果如下：

1、所采用的单人行进式地震探测装置结构简单且设计合理，单人操作简单快捷，便于携带及安装，工作效率较高，主要由雪橇式地震传感器接收系统、无线地震采集基站、连接线及移动终端组成；

2、所采用的单人行进式地震探测装置利用地震勘探原理采集地震信号，可实时监测地震数据质量，数据真实可靠；

3、本发明的雪橇式地震传感器接收系统，不受排列形式影响，操作人员行进中即可实现排列的移动覆盖，简单灵活，靠自重与地面良好耦合，数据质量好，信噪比高，工作效率高；

4、本发明的雪橇式地震传感器接收系统传感器芯体外有隔音及隔震装置，在传感器接收地震信号的同时，可以有效的隔绝声波干扰，同时保证各传感器独立接收地震信号，提高地震数据的信噪比，探测精度高。

附图说明

图1是本发明实施例1的单人行进式地震探测装置的结构示意图。

图2是图1中雪橇式地震传感器接收系统的俯视图。

图3是本发明实施例2的单人行进式地震探测装置的结构示意图。

图4是本发明高分辨率散射地震剖面结果图。

图中：1、移动终端，2、地震采集基站，3、激发重锤，4、踏板，5、地震传感器芯体，6、传感器隔音隔震装置，7、连接绳，8、固定结构，9、连接线。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

请一并参阅图1及图2，本发明基于地震波法的单人行进式地震探测装置包括移动终端1、地震采集基站2、激发重锤3、雪橇式地震传感器接收系统。移动终端1和地震采集基站2可采用现有地震探测装置的旧有设备，本发明的设计在于雪橇式地震传感器接收系统，激发重锤3产生地震信号，移动终端1控制地震采集基站2，使地震采集基站2接收该雪橇式地震传感器接收系统采集的地震信号。

当然，也可以根据功能的需要对移动终端1和地震采集基站2的软件进行更新，不论采用什么样的后端数据处理方式，采用本发明设计的雪橇式地震传感器接收系统，接收到的地震信号，其数据真实可靠，探测精度高，最重要的是不受排列形式影响，操作人员在行进中即可实现排列的移动覆盖，简单灵活，靠自重可与地面良好耦合，数据质量好，工作效率高。

该雪橇式地震传感器接收系统包括两块踏板4、多个地震传感器芯体5、多个传感器隔音隔震装置6、一条连接绳7、至少一条连接线9。两块踏板4通过连接绳7相连，连接绳7长度固定且无弹性，用于控制踏板4每次移动的距离。

每块踏板4面向地面的底壁上安装与地面刚性耦合的若干地震传感器芯体5，每块踏板4上与底壁相对的顶壁上安装用于将踏板4和用户的脚相耦合的固定结构8。每一个地震传感器芯体5外设置有与地面耦合的一个传感器隔音隔震装置6，传感器隔音隔震装置6用于使任意两个地震传感器芯体5之间接收的地震信号互不干扰，且不受声波干扰。传感器隔音隔震装置6隔绝声波干扰的同时，保证各地震传感器芯体之间相互独立接收地震信号，提高数据的信噪比。

每个地震传感器芯体5可设置一根连接线9，连接线9用于实现该地震传感器芯体5的外部电性连接，也即与地震采集基站2的电性连接。连接线9也可采用多通道屏蔽线，这样能将所有地震传感器芯体5的连接线集成于一体，并引出航插端口，再与采集基站相连，采集基站与移动终端通过WiFi连接。

每一个地震传感器芯体5尽量垂直安装于相应踏板4上，所有地震传感器芯体5也最好等间距布置在相应的踏板4上。在本实施方式中，地震传感器芯体5为单分量形式，且灵敏度方向为垂直于相应踏板4的方向。

单人操作行进过程中，通过激发重锤3激发地震波，雪橇式地震传感器接收系统接收地震波，并在移动终端1实时显示地震信号。

为了方便应用，所述处理设备采用无线通讯方式，如包括地震采集基站2、移动终端1。移动终端1可为头戴式Pad终端或笔记本电脑，雪橇式地震传感器接收系统通过连接线9与地震采集基站2相连，移动终端1与地震采集基站2实现无线通讯，设置参数及数据传输为无线传输模式。

综上所述，探测过程中，操作人员通过踏板4与脚的固定结构8而与踏板4固定，沿地震测线行进过程中，通过连接绳7控制每次移动的距离，避免了打点及测量；雪橇式地震传感器接收系统通过连接线9与地震采集基站2相连，操作人员操纵激发重锤3激发地震波。移动终端1与地震采集基站2可通过WiFi相连，且用于采集参数设置及实时显示地震信号，这样移动终端1与地震采集基站2通过WiFi无线设置参数及传输地震数据，并实时监测地震数据质量；沿地震测线行进过程中，实现地震数据的采集、传输、监测与叠加，进而通过处理获得待探测区间下部空间的地震波速度及频率信息。

在本实施例中，地震传感器芯体5的数量为8个，即每个雪橇式踏板4下方4个，地震传感器芯体5按固定间距有序排列，分布在两个雪橇式踏板4下方，可选间距为0.5m。

地震传感器芯体5外部罩有隔音隔震装置6，隔震功能保证任意两个地震传感器芯体5之间接收地震信号互不干扰，隔音功能有利于隔绝声波干扰，提高数据质量。本实施例中的8个地震传感器芯体5外部各罩有一个隔音隔震装置6。

地震传感器芯体5的灵敏度方向为垂直于雪橇式踏板4，分量形式均为单分量，此时操作人员手持激发重锤3进行地震信号的激发，地震传感器芯体5主要接收地震纵波信号，可进行纵波地震数据分析。本发明装置简单便携，实现单人行进式操作，地震波数据信噪比高，利用地震勘探技术可形成波速结果、频率曲线、反射及散射剖面等成果。

实施例2

请参阅图3，实施例2的单人行进式地震探测装置与实施例1的单人行进式地震探测装置基本相同，其主要区别在于，实施例2的单人行进式地震探测装置没有采用头戴式Pad终端或笔记本电脑，而是笔记本式移动终端；每个地震传感器芯体5为多分量形式，且为垂直方向传感器芯体和水平方向传感器芯体的组合。接下去对实施例2的单人行进式地震探测装置做详细介绍。

实施例2的单人行进式地震探测装置包括雪橇式地震传感器接收系统、移动终端1(即笔记本式移动终端)、地震采集基站2及激发重锤3。该雪橇式地震传感器接收系统包括一对雪橇式踏板4、地震传感器芯体5、传感器隔音隔震装置6、连接绳7、固定结构8及连接线9。

在本实施例中，地震传感器芯体5的分量为多分量形式，在实施例1的基础上，增加了水平分量，即地震传感器芯体5为垂直方向和水平方向的传感器芯体组合，该实施例中传感器芯体数量为16个，即每个雪橇式踏板4下方8个，地震传感器芯体5两两组合后，按固定间距有序排列，分布在两个雪橇式踏板4下方，可选间距为0.5m。

垂直方向和水平方向的传感器组合后，地震传感器芯体5外部仍罩有隔音隔震装置6，隔震功能保证任意两个地震传感器芯体5之间接收地震信号互不干扰，隔音功能有利于隔绝声波干扰，提高数据质量。

地震传感器芯体5由垂直方向及水平方向的传感器芯体组合而成，垂直方向的传感器芯体灵敏度方向为垂直于雪橇式踏板4，水平方向的传感器芯体灵敏度方向为平行于雪橇式踏板4，此时操作人员手持激发重锤3进行地震信号的激发，地震传感器芯体5对地震纵波及横波信号均能有效识别，可进行纵波、横波及转换波地震数据分析。本发明装置简单便携，实现单人行进式操作，地震波数据信噪比高，利用地震勘探技术可形成波速结果、频率曲线、面波测试结果、反射及散射剖面等成果。

不论是实施例1，还是实施例2，单人行进式地震探测装置的探测方法包括以下步骤。

一、基于单人行进式地震探测装置，安装移动终端1、地震采集基站2、雪橇式地震传感器接收系统，使雪橇式地震传感器接收系统的地震传感器芯体5与地震采集基站2通讯，移动终端1与地震采集基站2通讯。

在应用中，雪橇式地震传感器接收系统可通过连接线9与地震采集基站2相连，移动终端1与地震采集基站2通过WiFi相连，组成便携式单人行进式地震探测装置。

二、两块踏板4沿地震测线方向布置，通过连接绳7控制整个雪橇式地震传感器接收系统行进时的移动步距，该单人行进式地震探测装置基于地震勘探原理，沿线形观测系统进行探测，实现小排列多次覆盖探测。

三、探测过程中，踏板4的底壁上嵌入的地震传感器芯体5与地面完全刚性耦合，置于地震传感器芯体5外部的传感器隔音隔震装置6同时与地面耦合，隔绝声波的同时，保证各地震传感器芯体5之间相互独立接收地震信号。

四、操作人员手持激发重锤3激发地震波以产生地震信号，该雪橇式地震传感器接收系统采集并传输该地震信号至移动终端1，操作人员在踏板4以连接绳5限定的固定距离向前行的进过程中，能监测实时的地震信号，实现单人式高效的地震数据采集及探测。

在实际应用中，操作人员手持激发重锤3激发地震波，该系统通过WiFi传输地震信号至移动终端，操作人员在踏板4固定距离向前行进过程中，可以监测实时信号，实现单人式高效的地震数据采集及探测。

五、通过一个数据处理软件系统，分析地震数据，获得探测深度较大、分辨率较高的地震剖面。

数据处理软件系统分析地震数据，可根据探测方式进行反射波、散射波数据预处理、叠加等处理，获得探测深度较大、分辨率较高的地震剖面。

六、结合探测区域的钻孔资料及地质资料层位信息，对地震剖面进行高分辨率资料解释，划定异常区的范围，并形成探测诊断报告。

本发明的有益效果如下：

1、所采用的单人行进式地震探测装置结构简单且设计合理，单人操作简单快捷，便于携带及安装，工作效率较高，主要由雪橇式地震传感器接收系统、无线地震采集基站、连接线及移动终端组成；

2、所采用的单人行进式地震探测装置利用地震勘探原理采集地震信号，可实时监测地震数据质量，数据真实可靠，探测精度高；

3、本发明的雪橇式地震传感器接收系统，不受排列形式影响，操作人员行进中即可实现排列的移动覆盖，简单灵活，靠自重可与地面良好耦合，数据质量好，工作效率高；

4、本发明的雪橇式地震传感器接收系统传感器芯体外有隔音及隔震装置，在传感器接收地震信号的同时，可以有效的隔绝声波干扰，同时保证各传感器独立接收地震信号，提高地震数据的信噪比，探测精度高。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种雪橇式地震传感器接收系统，其特征在于：其包括两块踏板(4)、多个地震传感器芯体(5)、多个传感器隔音隔震装置(6)、一条连接绳(7)；两块踏板(4)通过连接绳(7)相连，连接绳(7)长度固定且无弹性，用于控制踏板(4)每次移动的距离；每块踏板(4)面向地面的底壁上安装与地面刚性耦合的若干地震传感器芯体(5)，每块踏板(4)上与底壁相对的顶壁上安装用于将踏板(4)和用户的脚相耦合的固定结构(8)，每一个地震传感器芯体(5)外设置有与地面耦合的一个传感器隔音隔震装置(6)。

2.如权利要求1所述的雪橇式地震传感器接收系统，其特征在于：该雪橇式地震传感器接收系统还设置至少一条连接线(9)，连接线(9)用于实现该地震传感器芯体(5)的外部电性连接。

3.如权利要求2所述的雪橇式地震传感器接收系统，其特征在于：连接线(9)为多通道屏蔽线，将所有地震传感器芯体(5)的连接线集成于一体，并引出航插端口。

4.如权利要求1所述的雪橇式地震传感器接收系统，其特征在于：每一个地震传感器芯体(5)垂直安装于相应踏板(4)上。

5.如权利要求1所述的雪橇式地震传感器接收系统，其特征在于：所有地震传感器芯体(5)等间距布置在相应的踏板(4)上。

6.如权利要求1所述的雪橇式地震传感器接收系统，其特征在于：地震传感器芯体(5)为单分量形式，且灵敏度方向为垂直于相应踏板(4)的方向。

7.如权利要求2所述的雪橇式地震传感器接收系统，其特征在于：每个地震传感器芯体(5)为多分量形式，且为垂直方向传感器芯体和水平方向传感器芯体的组合。

8.一种单人行进式地震探测装置，其特征在于：其包括移动终端(1)、地震采集基站(2)、激发重锤(3)、如权利要求1至7中任意一项所述的雪橇式地震传感器接收系统，激发重锤(3)用于产生地震信号，移动终端(1)用于控制地震采集基站(2)，使地震采集基站(2)采集该雪橇式地震传感器接收系统的每一个地震传感器芯体(5)的接收到的地震信号。

9.如权利要求8所述的单人行进式地震探测装置，其特征在于：移动终端(1)为头戴式Pad终端或者笔记本电脑。

10.一种单人行进式地震探测装置的探测方法，其特征在于：其包括以下步骤：

一、根据如权利要求8所述的单人行进式地震探测装置，安装移动终端(1)、地震采集基站(2)、雪橇式地震传感器接收系统，使雪橇式地震传感器接收系统的地震传感器芯体(5)与地震采集基站(2)通讯，移动终端(1)与地震采集基站(2)通讯；

二、两块踏板(4)沿地震测线方向布置，通过连接绳(7)控制整个雪橇式地震传感器接收系统行进时的移动步距，该单人行进式地震探测装置基于地震勘探原理，沿线形观测系统进行探测，实现小排列多次覆盖探测；

三、探测过程中，踏板(4)的底壁上嵌入的地震传感器芯体(5)与地面完全刚性耦合，置于地震传感器芯体(5)外部的传感器隔音隔震装置(6)同时与地面耦合，隔绝声波干扰的同时，保证各地震传感器芯体(5)之间相互独立接收地震信号；

四、操作人员手持激发重锤(3)激发地震波以产生地震信号，该雪橇式地震传感器接收系统采集并传输该地震信号至移动终端(1)，操作人员在踏板(4)以连接绳(7)限定的固定距离向前行进的过程中，能监测实时的地震信号，实现单人式高效的地震数据采集及探测；

五、通过一个数据处理软件系统，分析地震数据，获得探测深度较大、分辨率较高的地震剖面；

六、结合探测区域的钻孔资料及地质资料层位信息，对地震剖面进行高分辨率资料解释，划定异常区的范围，并形成探测诊断报告。