CN110208850B - 一种用于断裂带勘测的数据处理方法、勘测方法和系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种用于断裂带勘测的数据处理方法、勘测方法和系统，依据实际勘测精度的要求在预勘测地区设置多个监测点，对监测点处不同时间的地震前兆信号的监测数据和监测时间内发生地震事件的时间进行监测，并对地震事件发生前预设时间段内的监测数据进行统计，以依据统计数据绘制出预勘测区域中断裂带分布示意图。本申请创新的提出基于地震事件和地震前兆信号相关性分析的断裂带分布的方法，并由于该勘测方法不需对被测点附近地表和建筑产生任何损害，不仅能在野外定位断裂带，也能在城市精确定位断裂带进而可以实现在城市内进行断裂带的勘测，因此在提高断裂带的勘测精度的同时也实现了无损勘测。

Description

一种用于断裂带勘测的数据处理方法、勘测方法和系统

技术领域

本发明涉及地质勘探领域，具体涉及一种用于断裂带勘测的数据处理方法、勘测方法和系统。

背景技术

断裂带（fault zone）亦称“断层带”。有主断层面和两侧破碎岩块以及若干次级断层或破裂面组成的地带。在靠近主断层面附近发育有构造岩，以主断层面附近为轴线向两侧扩散，一般依次出现断层泥或糜棱岩、断层角砾岩、碎裂岩等，再向外即过渡为断层带以外的完整岩石。目前采取分析地质结构及其演变来定义断裂带，具体方法主要是露头分析、钻井分析、震动分析、主动源信号的反射式勘探和高密度电法物探等。其中，露头分析方法受野外剖面出露条件等限制不能全面分析，同时野外露头经过较长时间的演变，其定义的断裂带结构与地下断裂带会存在一定程度的差异。钻井分析和震动分析等现行方法受限于分辨率等影响，其准确性也受到一定的限制。因此，在现有勘测技术中对断裂带的定位即不够精确，又不能对断裂带的活动进行实时监测。

发明内容

本申请提供一种用于断裂带勘测的数据处理方法、勘测方法和系统。解决现有技术中对断裂带勘测的定位即不够精确，又不能对断裂带的活动进行实时监测的技术问题。

根据第一方面，一种实施例中提供一种用于断裂带勘测的数据处理方法，包括：

获取预勘测区域中监测点处不同时间的地震前兆信号的监测数据和监测时间内发生地震事件的时间；

对地震事件发生前预设时间段内的所述监测数据进行统计，以获取统计数据；

依据所述统计数据绘制出所述预勘测区域中断裂带分布示意图。

根据第二方面，一种断裂带勘测方法，包括：

在预勘测区域中布设监测点；

对所述预勘测区域中监测点处地震前兆信号进行监测，并获取预勘测区域中监测点处不同时间的地震前兆信号的监测数据和监测时间内发生地震事件的时间；

采用如第一方面所述的数据处理方法分析所述监测数据。

根据第三方面，一种断裂带勘测系统，包括：

断裂带勘测装置，用于获取预勘测区域中监测点处不同时间的地震前兆信号的监测数据和监测时间内发生地震事件的时间；

处理器，用于接收所述断裂带勘测装置输出的监测数据和监测时间内发生地震事件的时间，对地震事件发生前的所述监测数据进行统计，以获取统计数据，并依据所述统计数据绘制出所述预勘测区域中断裂带分布示意图；

断裂带绘制装置，用于绘制出从所述处理器接收的所述预勘测区域中断裂带分布示意图。

依据上述实施例的用于断裂带勘测的数据处理方法、勘测方法和系统，由于创新的提出基于地震前兆和地震事件进行断裂带分布的勘测，在提高断裂带的勘测精度的同时也实现对断裂带的无损勘测，不仅可以在野外和城市内进行段裂带的勘测，还能对已知断裂带的活动进行监测。

附图说明

图1 为一种实施例的断裂带的勘测方法的流程图；

图2 为一种实施例中对勘测区域中设定监测点示意图；

图3 为一种实施例中监测数据的地震前兆特性的均值曲线图；

图4 为一种实施例中监测数据的地震前兆特性的振铃计数曲线图；

图5为一种实施例中监测数据的地震前兆特性的全局峰值频率曲线图；

图6为一种实施例中异常变化的监测数据的曲线图；

图7为一种实施例中基于主成成分分析方法对监测地震前兆信号的监测数据进行处理的特征值示意图；

图8为一种实施例中绘制的断裂带分布示意图；

图9为一种实施例中绘制的断裂带分布示意图；

图10为另一种实施例中绘制的断裂带分布示意图；

图11为一种实施例的断裂带勘测系统的结构示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。其中不同实施方式中类似元件采用了相关联的类似的元件标号。在以下的实施方式中，很多细节描述是为了使得本申请能被更好的理解。然而，本领域技术人员可以毫不费力的认识到，其中部分特征在不同情况下是可以省略的，或者可以由其他元件、材料、方法所替代。在某些情况下，本申请相关的一些操作并没有在说明书中显示或者描述，这是为了避免本申请的核心部分被过多的描述所淹没，而对于本领域技术人员而言，详细描述这些相关操作并不是必要的，他们根据说明书中的描述以及本领域的一般技术知识即可完整了解相关操作。

另外，说明书中所描述的特点、操作或者特征可以以任意适当的方式结合形成各种实施方式。同时，方法描述中的各步骤或者动作也可以按照本领域技术人员所能显而易见的方式进行顺序调换或调整。因此，说明书和附图中的各种顺序只是为了清楚描述某一个实施例，并不意味着是必须的顺序，除非另有说明其中某个顺序是必须遵循的。

本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接（联接）。

地球是一个活跃的行星，当地壳岩石发生断裂错动时，会产生强烈的震动，这就是地震。地震所释放出的能量非常巨大，可相当于10万颗普通的原子弹爆炸。它能使地球像一个巨大的音叉那样发生振动，产生强大的地震波。因此可以在地表用仪器来观测地震波在地球内部的传播，来对地球的内部结构进行勘测和实时监测。例如地球的莫霍面和古登堡面的深度位置都是基于地震波的传播原来发现的。因此依据地震前兆和地震事件对断裂带进行探测和实时监测是可行的，尤其断裂带附近地质活动更活跃，释放与地质活动性相关的信号也相对显著和丰富，尤其是地震的多发区域。其中地震前兆是指地震发生前常常伴随着地震前兆信号，例如地磁场、地下电阻率、应力应变、GPS形变、同位素变化、地下流体变化等信号信息的变化。基于上述原理，本申请创新的提出了基于地震前兆和地震事件的相关性来勘测断裂带，并实现对断裂带的实时监测。

本申请实施例中，对预勘测地区的多个监测点处的地震前兆信号和地震事件进行监测，并依据获取的监测数据绘制出断裂带的分布示意图，进而实现对断裂带的勘测和实时监测。

实施例一

请参考图1，为一种实施例的断裂带的勘测方法的流程图，本申请公开了一种断裂带的勘测方法，包括：

步骤101、在预勘测区域中布设监测点。

依据对预勘测区域中对断裂带进行监测的监测精度要求，在预勘测区域中设定多个监测点。如图2所示，为一种实施例中对预勘测区域中设定监测点示意图，曲线202圈定的范围为预勘测区域，标线203和标线204为定位精度P（单位米）的长和宽。依据监测精度要求在预勘测区域设定多个监测点201和监测点205，监测点的布设密度取决于断裂带识别的监测精度要求，精度要求越高，监测点布设的密度就越高。一实施例中，监测点包括流动监测点205和固定监测点201。固定监测点201可实现长期的稳定的监测，基于丰富的地震事件用于制成周边的断裂带的识别。流动监测点205可实现更高精度的监测，通过流动监测点监测数据与其周边固定监测点数据的相似性来判断其是否处于同一断裂带上，从而可以进一步提升监测精度，同时还可降低高密度固定监测点布设的高成本投入，即流动监测点205依据周边监测点监测的地震前兆信号的数据相似性进行位置设定，以提升勘测精度的同时降低监测点的成本投入。一实施例中，数据相似性判断包括但不限于余弦距离法和/或欧氏距离法。

步骤102、对预勘测区域中的监测点处地震前兆信号进行监测。

对预勘测区域中监测点处地震前兆信号进行监测，并获取预勘测区域中监测点处不同时间的地震前兆信号的监测数据和监测时间内发生地震事件的时间。其中，地震前兆信号包括地声、电磁扰动、地磁场、地下电阻率、应力应变、GPS形变、同位素变化、带电粒子和/或地下流体变化等。地震事件为监测点附近100km范围内发生的所有地震事件。监测时间内发生地震事件的时间包括自地震前兆监测点安装之日起的时间有益的，优选时间长度大于1个月。

步骤103、对地震事件发生前预设时间段内的监测数据进行统计，以获取统计数据。

对地震事件发生前的监测数据的地震前兆特性和/或异常变化的监测数据进行统计。一实施例中，地震事件发生前预设时间为地震事件前1个月，其中，地震前兆特性包括监测数据的幅值、振铃计数和/或主频率成分特性，异常变化的监测数据包括监测数据的幅值、振铃计数和/或主频率成分的异常变化和通过主成分分析方法、分形维数分析方法和/或滑动四分位分析方法处理后的监测数据的特征值的异常变化，异常变化包括变大、变小、向上脉冲、向下脉冲和/或波动规律发生变化。

下面以监测地震前兆信号中的带电粒子的监测数据为例，来解释地震事件发生前监测数据的地震前兆特性。如图3所示，为一种实施例中监测数据的地震前兆特性的均值曲线图，横坐标为测量时间，纵坐标为计算的监测数据的均值（单位：伏特）。均值是单位时间内对监测数据取绝对值求均值后获得的曲线。图3中是5月30日至6月8日，计算的监测数据的均值的曲线。如图4所示，为一种实施例中监测数据的地震前兆特性的振铃计数曲线图，横坐标为测量时间，纵坐标为单位时间内测得的次数（单位：次/秒），振铃计数是单位时间内监测数据取大于0值的次数。图4中是5月30日至6月8日，计算的监测数据的振铃计数的曲线。如图5所示，为一种实施例中监测数据的地震前兆特性的全局峰值频率曲线图，横坐标为测量时间，纵坐标为频率（单位：赫兹），全局峰值频率是对监测数据进行傅里叶变换获得的曲线。图5中是5月30日至6月8日，计算的监测数据的全局峰值频率的曲线。

下面以监测地震前兆信号中的带电粒子的监测数据为例，来解释地震事件发生前异常变化的监测数据。如图6所示，为一种实施例中异常变化的监测数据的曲线图，其中曲线601为地震前兆信号的特征值，曲线602为地震前约10天左右开始该地震前兆信号的特征值出现变大且稳定在高值，且直到地震事件的发生，曲线603为监测点监测到的一次地震事件（是该监测点100km内的）的地震前兆信号。

下面以基于主成成分分析方法对监测地震前兆信号的监测数据进行处理的特征值为例，来解释通过主成分分析方法、分形维数分析方法和/或滑动四分位分析方法处理后的监测数据的特征值的异常变化。如图7所示，为一种实施例中基于主成成分分析方法对监测地震前兆信号的监测数据进行处理的特征值示意图，其中701为前兆信号经主成分分析方法处理后的特征值，702为地震发生前后出现的特征值高值形成的一个条带，703为该前兆信号监测点100km内的一次地震事件。

步骤104、依据统计数据绘制出预勘测区域中断裂带分布示意图。

采用波动程度算法和/或相似性算法分析所述统计数据，依据所述统计数据的数值相近性，对所述预勘测区域内各个监测点进行连接，确定出断裂带的分布，绘制出所述断裂带分布示意图。请参考图8和图9，为一种实施例中绘制的断裂带分布示意图，包括监测点801和断裂带分布曲线802、断裂带分布曲线803，一实施例中，绘制监测点以及具有前兆异常变化的地震事件的地理位置图，并根据地理位置分布绘制多个方位对应的多条位置连线，每条连线必须穿越前兆监测点，该连线即为断裂带。图8中的断裂带分布曲线802是依据监测点801依据一次地震事件（地震事件放生在监测点100km以内）绘制的，断裂带分布曲线802是依据监测点监测的监测数据均具有相似的地震前兆信号特征值的异常变化绘制的。图9中的断裂带分布曲线803是依据监测点801依据一次地震事件（地震事件放生在监测点100km以内）绘制的，该断裂带分布曲线803是依据的监测点监测的监测数据均具有相似的地震前兆特性绘制的。一实施例中，将多个监测点对应的多条断裂带的重合和断裂的部分进行融合和拼接处理，形成大区域的断裂带分布图，请参考图10，为另一种实施例中绘制的断裂带分布示意图， 是将图8和图9绘制的断裂带分布曲线801和断裂带分布曲线801进行融合和拼接处理形成大区域的断裂带分布图。

基于以上实施例，依据实际勘测精度的要求在预勘测地区设置多个监测点，对监测点处不同时间的地震前兆信号的监测数据和监测时间内发生地震事件的时间进行监测，并对地震事件发生前预设时间段的监测数据进行统计，以依据统计数据绘制出预勘测区域中断裂带分布示意图。本申请创新的提出基于地震事件和地震前兆信号相关性分析的断裂带分布的方法，并由于该勘测方法不需对被测点附近地表和建筑产生任何损害，不仅能在野外定位断裂带，也能在城市精确定位断裂带进而可以实现在城市内进行断裂带的勘测，因此在提高断裂带的勘测精度的同时也实现了无损勘测，并能全方位定位断裂带分布，且时效性更好，监测结果更接近断裂带的真实分布。

实施例二

请参考图11，为一种实施例的断裂带勘测系统的结构示意图，该断裂带勘测系统包括断裂带勘测装置100、处理器200和断裂带绘制装置300。在预监测的地区布设多个监测点，每个监测点都设置断裂带勘测装置100用于获取预勘测区域中监测点处不同时间的地震前兆信号的监测数据和监测时间内发生地震事件的时间。处理器200用于接收所述断裂带勘测装置输出的监测数据和监测时间内发生地震事件的时间，对地震事件发生前预设时间段的所述监测数据进行统计，以获取统计数据，并依据所述统计数据绘制出所述预勘测区域中断裂带分布示意图。断裂带绘制装置300用于绘制出从所述处理器接收的所述预勘测区域中断裂带分布示意图。其中，地震前兆信号包括地声、电磁扰动、地磁场、地下电阻率、应力应变、GPS形变、同位素变化、带电粒子和/或地下流体变化等。一实施例中，断裂带勘测装置包括存储器和处理器，其存储器用于存储程序，处理器用于通过执行存储器存储的程序以实现实施例一中所述的方法。

本领域技术人员可以理解，上述实施方式中各种方法的全部或部分功能可以通过硬件的方式实现，也可以通过计算机程序的方式实现。当上述实施方式中全部或部分功能通过计算机程序的方式实现时，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：只读存储器、随机存储器、磁盘、光盘、硬盘等，通过计算机执行该程序以实现上述功能。例如，将程序存储在设备的存储器中，当通过处理器执行存储器中程序，即可实现上述全部或部分功能。另外，当上述实施方式中全部或部分功能通过计算机程序的方式实现时，该程序也可以存储在服务器、另一计算机、磁盘、光盘、闪存盘或移动硬盘等存储介质中，通过下载或复制保存到本地设备的存储器中，或对本地设备的系统进行版本更新，当通过处理器执行存储器中的程序时，即可实现上述实施方式中全部或部分功能。

以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。

Claims (8)

1.一种用于断裂带勘测的数据处理方法，其特征在于，包括：

获取预勘测区域中监测点处不同时间的地震前兆信号的监测数据和监测时间内发生地震事件的时间；

对地震事件发生前预设时间段内的所述监测数据进行统计，以获取统计数据；

依据所述统计数据绘制出所述预勘测区域中断裂带分布示意图；

所述对地震事件发生前的所述监测数据进行统计，包括：

对地震事件发生前的监测数据的地震前兆特性和异常变化的监测数据进行统计；所述地震前兆特性包括监测数据的幅值、振铃计数和/或主频率成分特性；所述异常变化的监测数据包括通过主成分分析方法、分形维数分析方法和滑动四分位分析方法处理后的监测数据的特征值的异常变化；

所述依据所述统计数据绘制出所述预勘测区域中断裂带分布示意图，包括：

采用波动程度算法和/或相似性算法分析所述统计数据，依据所述预勘测区域内各个监测点的所述统计数据的数值相近性，对所述预勘测区域内各个监测点连接成线，形成断裂带；各断裂带形成断裂带分布示意图。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述地震前兆信号包括地声、电磁扰动、地磁场、地下电阻率、应力应变、GPS形变、同位素变化、带电粒子和/或地下流体变化。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述异常变化的监测数据还包括监测数据的幅值、振铃计数和/或主频率成分的异常变化。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述异常变化包括变大、变小、向上脉冲、向下脉冲和/或波动规律发生变化。

5.一种断裂带勘测方法，其特征在于，包括：

在预勘测区域中布设监测点；

对所述预勘测区域中监测点处地震前兆信号进行监测，并获取预勘测区域中监测点处不同时间的地震前兆信号的监测数据和监测时间内发生地震事件的时间；

采用如权利要求1-4任一项所述的数据处理方法分析所述监测数据。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述监测点包括流动监测点和固定监测点；所述流动监测点依据监测的地震前兆信号的数据相似性进行位置设定。

7.一种计算机可读存储介质，其特征在于，包括程序，所述程序能够被处理器执行以实现如权利要求1-5中任一项所述的方法。

8.一种断裂带勘测系统，其特征在于，包括：

断裂带勘测装置，用于获取预勘测区域中监测点处不同时间的地震前兆信号的监测数据和监测时间内发生地震事件的时间；

处理器，用于接收所述断裂带勘测装置输出的监测数据和监测时间内发生地震事件的时间，对地震事件发生前的所述监测数据进行统计，以获取统计数据，并依据所述统计数据绘制出所述预勘测区域中断裂带分布示意图；

断裂带绘制装置，用于绘制出从所述处理器接收的所述预勘测区域中断裂带分布示意图；

所述对地震事件发生前的所述监测数据进行统计，包括：

对地震事件发生前的监测数据的地震前兆特性和异常变化的监测数据进行统计；所述地震前兆特性包括监测数据的幅值、振铃计数和/或主频率成分特性；所述异常变化的监测数据包括通过主成分分析方法、分形维数分析方法和滑动四分位分析方法处理后的监测数据的特征值的异常变化；

所述依据所述统计数据绘制出所述预勘测区域中断裂带分布示意图，包括：

采用波动程度算法和/或相似性算法分析所述统计数据，依据所述预勘测区域内各个监测点的所述统计数据的数值相近性，对所述预勘测区域内各个监测点连接成线，形成断裂带；各断裂带形成断裂带分布示意图。

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