RU2784974C2 - Method and device for monitoring of subsoil under target area - Google Patents
Method and device for monitoring of subsoil under target area Download PDFInfo
- Publication number
- RU2784974C2 RU2784974C2 RU2021100995A RU2021100995A RU2784974C2 RU 2784974 C2 RU2784974 C2 RU 2784974C2 RU 2021100995 A RU2021100995 A RU 2021100995A RU 2021100995 A RU2021100995 A RU 2021100995A RU 2784974 C2 RU2784974 C2 RU 2784974C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- sensors
- seismic
- target zone
- waves
- specified
- Prior art date
Links
- 230000000875 corresponding Effects 0.000 claims abstract description 11
- 238000005305 interferometry Methods 0.000 claims abstract description 11
- 238000011084 recovery Methods 0.000 claims description 11
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 claims description 9
- 238000007781 pre-processing Methods 0.000 claims description 8
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims description 5
- 230000003595 spectral Effects 0.000 claims description 5
- 238000003325 tomography Methods 0.000 claims description 5
- 238000004061 bleaching Methods 0.000 claims 1
- 239000003365 glass fiber Substances 0.000 claims 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 abstract description 5
- 238000001514 detection method Methods 0.000 abstract description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 7
- 238000000034 method Methods 0.000 description 6
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 230000002087 whitening Effects 0.000 description 3
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 2
- 230000003442 weekly Effects 0.000 description 2
- 230000001788 irregular Effects 0.000 description 1
- 238000002310 reflectometry Methods 0.000 description 1
- 230000002123 temporal effect Effects 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
Настоящая заявка относится к способу и устройству для мониторинга недр под целевой зоной.The present application relates to a method and apparatus for monitoring the subsoil below the target zone.
Настоящее изобретение в целом относится к области сейсмического анализа и, в частности, к наблюдению за недрами и обнаружению аномалий в последних, например, обнаружению полостей под железными дорогами, автомобильными дорогами, зданиями, а также аэропортами.The present invention generally relates to the field of seismic analysis and, in particular, to the observation of the subsoil and the detection of anomalies in the latter, for example, the detection of cavities under railways, roads, buildings, and airports.
Чтобы гарантировать безопасность пользователей наземной инфраструктуры, важно проводить мгновенный, временный или постоянный мониторинг недр для обнаружения любых подпочвенных аномалий, таких как полости, способных ослабить конструкции, имеющиеся на поверхности.To ensure the safety of surface infrastructure users, it is important to conduct instantaneous, temporary or permanent subsurface monitoring to detect any subsurface anomalies, such as cavities, that could weaken surface structures.
В статье под названием «Seismic interferometry of railroad induced ground motions: body and surface wave imaging», опубликованной в Geophysical Journal International - 205, 2016, стр.301-313, Diego A. QUIROS et al. предлагают способ генерации виртуальных путей распространения вдоль железнодорожного пути на основе интерферометрического анализа окружающего шума, захваченного с помощью одиночной приемной линии или датчиков сейсмических волн, расположенных вдоль железнодорожного пути.In an article titled "Seismic interferometry of railroad induced ground motions: body and surface wave imaging" published in Geophysical Journal International - 205, 2016, pp. 301-313, Diego A. QUIROS et al. propose a method for generating virtual propagation paths along a railroad track based on an interferometric analysis of ambient noise captured using a single receiver line or seismic wave sensors located along the railroad track.
Недостатком этого способа является ограниченный объем информации о недрах, получаемой непосредственно под линией датчиков и не позволяющий не только построить трехмерное изображение недр под железнодорожными путями, но и двумерное изображение линии грунта, параллельной железнодорожному пути.The disadvantage of this method is the limited amount of information about the subsoil obtained directly under the line of sensors and does not allow not only to build a three-dimensional image of the subsoil under the railroad tracks, but also a two-dimensional image of the ground line parallel to the railroad track.
Кроме того, в этом чисто пассивном способе шум от поездов смешивается с другими шумами и применяется, когда последние находятся на достаточном удалении от приемников, чтобы обеспечить примерно одинаковый уровень шума для датчиков в линии. Таким образом, общий уровень шумов относительно невелик и не позволяет проводить построение изображений.Also, in this purely passive method, train noise is mixed with other noise and applied when the latter are far enough away from the receivers to provide approximately the same noise level to the sensors on the line. Thus, the overall noise level is relatively low and does not allow imaging.
Документы «Near-surface velocity imaging using traffic induced high-frequency ground motion», Н. NAKATA et al. (SEG 2017, p.2940-2945) и «Distributed acoustic sensing for seismic monitoring of the near surface: a traffic-noise interferometry case study» S. DOU et coll., Scientific Reports 2017; 7:11620 предлагают схожие подходы с теми же недостатками 2D-визуализации вблизи областей, которые необходимо изучить.Papers "Near-surface velocity imaging using traffic induced high-frequency ground motion", H. NAKATA et al. (SEG 2017, p.2940-2945) and "Distributed acoustic sensing for seismic monitoring of the near surface: a traffic-noise interferometry case study" S. DOU et coll., Scientific Reports 2017; 7:11620 offer similar approaches with the same disadvantages of 2D imaging near areas to be explored.
Целью настоящего изобретения является устранение недостатков предшествующего уровня техники.The aim of the present invention is to eliminate the disadvantages of the prior art.
Для этого настоящее изобретение предлагает способ мониторинга недр под целевой зоной в соответствии с п.1.To this end, the present invention proposes a method for monitoring the subsurface under the target zone in accordance with claim 1.
В частности, датчики сейсмических волн располагаются по обе стороны от целевой зоны, и идентифицированный источник сейсмического шума перемещается, по возможности, за пределы целевой зоны, и даже за пределы области, в которой установлены датчики. Способ включает регистрацию через определенные периоды волн, приходящих от источника, парами датчиков, при этом периоды выбираются таким образом, чтобы источник и пары датчиков были выровнены, при этом целевая зона располагается между парами датчиков, затем производится интерферометрическая реконструкция сейсмограммы на основе полученных данных. Далее на основе сейсмограммы строится изображение недр под целевой зоной.In particular, seismic wave sensors are located on both sides of the target zone, and the identified source of seismic noise moves, if possible, outside the target zone, and even outside the area in which the sensors are installed. The method includes registration of waves coming from the source at certain periods by pairs of sensors, while the periods are selected so that the source and pairs of sensors are aligned, while the target zone is located between the pairs of sensors, then an interferometric reconstruction of the seismogram is performed based on the received data. Further, on the basis of the seismogram, an image of the subsoil under the target zone is built.
Таким образом, использование, с одной стороны, мобильного источника сейсмического шума, характеристики которого известны благодаря анализу самого сигнала и не требуют априорной информации, а с другой стороны, как минимум двух датчиков, которые в течение определенного периода времени выровнены с этим источником шума, позволяет осуществлять пассивный мониторинг в пространстве-времени, а именно, в четырех измерениях, с большой амплитудой и высоким разрешением, той части недр, которая расположена под поверхностью, на которой размещены датчики, при условии, что мобильный источник шума выровнен с парой датчиков по меньшей мере некоторое время.Thus, the use, on the one hand, of a mobile source of seismic noise, the characteristics of which are known due to the analysis of the signal itself and do not require a priori information, and on the other hand, at least two sensors that are aligned with this noise source for a certain period of time, allows carry out passive monitoring in space-time, namely, in four dimensions, with a large amplitude and high resolution, of that part of the subsurface that is located under the surface on which the sensors are placed, provided that the mobile noise source is aligned with a pair of sensors at least for a while.
Таким образом, пара датчиков, расположенная по обе стороны от целевой зоны (например, железнодорожного пути), позволяет построить изображение недр под этой целевой зоной, если мобильный источник звука (например, поезд, проходящий по другому пути) передвигается поблизости от датчиков и хотя бы некоторое время выровнен с парой датчиков. Увеличение числа датчиков вокруг целевой зоны, например, путем их размещения параллельно каждой стороне железнодорожного пути или даже у рельсов железнодорожного пути, позволяет генерировать трехмерное изображение целевой зоны благодаря движению источника звука.Thus, a pair of sensors located on both sides of a target area (for example, a railway track) allows you to build an image of the subsurface under this target area, if a mobile sound source (for example, a train passing on a different track) moves close to the sensors and at least aligned with a pair of sensors for a while. Increasing the number of sensors around the target area, for example by placing them parallel to each side of a railroad track or even at the rails of a railroad track, allows a three-dimensional image of the target area to be generated due to the movement of the sound source.
В определенном варианте реализации способ также включает этап предварительной обработки зарегистрированных сейсмических волн до этапа восстановления.In a specific embodiment, the method also includes the step of pre-processing the recorded seismic waves prior to the recovery step.
Это позволяет получать сигналы оптимального качества, что повышает точность получаемого изображения недр.This allows you to receive signals of optimal quality, which increases the accuracy of the resulting image of the subsurface.
Достоинством этапа предварительной обработки является то, что он включает в себя операции по удалению помех и фильтрации частот.The advantage of the pre-processing step is that it includes noise removal and frequency filtering operations.
Дополнительно этап предварительной обработки может в себя включать операцию спектрального отбеливания и/или операцию бинаризации.Additionally, the pre-processing step may include a spectral whitening operation and/or a binarization operation.
Этот тип операции позволяет упростить последующую обработку при восстановлении сейсмограммы.This type of operation makes it possible to simplify subsequent processing when reconstructing a seismogram.
В определенном варианте реализации на этапе восстановления с помощью интерферометрии выполняется по крайнее мере одна операция взаимной корреляции сигналов от сейсмических волн, записанной соответствующей парой датчиков.In a specific embodiment, the interferometry reconstruction step performs at least one cross-correlation of the seismic waveforms recorded by the corresponding pair of sensors.
Это позволяет эффективно восстановить сейсмограмму.This allows you to effectively restore the seismogram.
В определенном варианте реализации этап записи выполняется непрерывно во времени.In a particular implementation, the recording step is performed continuously in time.
Это позволяет создавать отчеты о состоянии недр с выбранной периодичностью, например, ежедневно, еженедельно или ежемесячно.This allows you to create reports on the status of the subsoil at a selected frequency, such as daily, weekly or monthly.
В определенном варианте реализации способ за этапом восстановления дополнительно включает этап суммирования восстановленных сигналов сейсмограммы, поступающих от множества мобильных источников шума, выровненных с соответствующей парой датчиков в различные периоды времени.In a specific embodiment, the method, after the recovery step, further includes the step of summing the recovered seismogram signals from a plurality of mobile noise sources aligned with a respective pair of sensors at different time periods.
Этот этап суммирования позволяет повысить качество и надежность восстановления.This summation step improves the quality and reliability of the recovery.
В определенном варианте реализации на этапе записи регистрируются поверхностные сейсмические волны.In a certain implementation, surface seismic waves are recorded during the recording step.
В этом варианте реализации на этапе построения изображения:In this implementation, during the imaging phase:
определяются кривые дисперсии поверхностных волн в воссозданных сигналах сейсмограммы в заданном диапазоне частот;surface wave dispersion curves are determined in the reconstructed seismogram signals in a given frequency range;
проводится томография скорости сигналов, восстановленных на основе кривых дисперсии иvelocity tomography of the signals reconstructed from the dispersion curves and
проводится инверсия поверхностных волновых скоростей восстановленных сигналов с тем, чтобы получить модель скорости P- и S-волн.the surface wave velocities of the reconstructed signals are inverted to obtain a P- and S-wave velocity model.
В определенном варианте реализации на этапе записи можно регистрировать преломленные сейсмические волны.In a certain implementation, refracted seismic waves can be recorded during the recording step.
В этом варианте на этапе генерации изображения:In this option, at the image generation stage:
определяется время поступления восстановленных сигналов сейсмограммы, соответствующих преломленным сейсмическим волнам; иthe arrival time of the reconstructed seismogram signals corresponding to the refracted seismic waves is determined; and
проводится томография восстановленных сигналов, соответствующих преломленным волнам типа P на основе вышеупомянутых моментов поступления сигналов с тем, чтобы получить модель скорости P-волн.a tomography of the reconstructed signals corresponding to refracted P-type waves is carried out based on the aforementioned signal arrival times so as to obtain a P-wave velocity model.
В зависимости от конкретных характеристик, возможно регистрировать отраженные сейсмические волны, датчики могут включать по меньшей мере один геофон и/или по меньшей мере один акселерометр и/или по меньшей мере один датчик, основанный на использовании оптоволоконных кабелей (например, предназначенных для распределенного акустического зондирования), датчики должны располагаться по меньшей мере в две линии, или в узлах сетки с квадратными или шестиугольными ячейками и/или могут располагаться через равные расстояния.Depending on the specific characteristics, it is possible to register reflected seismic waves, the sensors may include at least one geophone and / or at least one accelerometer and / or at least one sensor based on the use of fiber optic cables (for example, designed for distributed acoustic sensing ), the sensors should be located at least in two lines, or in the nodes of a grid with square or hexagonal cells and/or may be located at equal distances.
Вышеупомянутой целевой зоной может выступать железнодорожный путь, дорога или другое инженерное сооружение или здание.The aforementioned target area may be a railroad track, road or other engineering structure or building.
Целевой зоной может выступать один железнодорожный путь, а источником шума может являться поезд, движущийся по второму пути, который идет параллельно первому. Датчики могут быть расположены через равные интервалы на двух воображаемых линиях расположенных по обе стороны от первого железнодорожного пути и идущих параллельно ему.The target area may be one railway track, and the noise source may be a train moving on a second track that runs parallel to the first. The sensors may be located at regular intervals on two imaginary lines located on both sides of the first railway track and running parallel to it.
С той же целью, что и означенная выше, настоящее изобретение также предлагает устройство для мониторинга недр под целевой зоной. Его отличительной особенностью является то, что оно включает элементы, необходимые для осуществления этапов процесса, кратко описанного выше.With the same purpose as above, the present invention also provides a device for monitoring the subsurface below the target zone. Its distinguishing feature is that it includes the elements necessary to carry out the steps in the process outlined above.
Поскольку отдельные характеристики и преимущества устройства аналогичны характеристикам способа, они здесь не повторяются.Since the individual characteristics and advantages of the apparatus are similar to those of the method, they are not repeated here.
Другие аспекты и преимущества изобретения станут понятны после ознакомления с приведенным ниже подробным описанием конкретных вариантов реализации, выполненных в виде неограничивающих примеров со ссылкой на прилагаемые фигуры, в которых:Other aspects and advantages of the invention will become clear upon reading the following detailed description of specific embodiments, made in the form of non-limiting examples with reference to the accompanying figures, in which:
- на фигуре 1 представлена блок-схема с этапами процесса мониторинга недр под целевой зоной в соответствии с настоящим изобретением в конкретном варианте реализации;- figure 1 shows a block diagram with the stages of the process of monitoring the subsurface under the target zone in accordance with the present invention in a particular embodiment;
- на фигуре 2 представлен схематический вид, иллюстрирующий конфигурацию для регистрации сейсмических волн в неограничивающем примере, где целевой областью выступает железнодорожный путь;- figure 2 is a schematic view illustrating the configuration for recording seismic waves in a non-limiting example, where the target area is a railway track;
- на фигуре 3 представлена схема, иллюстрирующая конфигурацию для восстановления виртуальных путей распространения для примера на фиг. 2;- Figure 3 is a diagram illustrating a configuration for restoring virtual distribution paths for the example of FIG. 2;
- на фигуре 4 представлена схема, иллюстрирующая конфигурацию для восстановления виртуальных путей распространения по множеству азимутов для примера на фиг. 2;- Figure 4 is a diagram illustrating a configuration for restoring virtual multi-azimuth propagation paths for the example of FIG. 2;
- на фигуре 5 представлена схема конфигурации для восстановления виртуальных путей распространения по множеству азимутов и с использованием множества железнодорожных путей; и- Figure 5 shows a configuration diagram for restoring virtual propagation paths over multiple azimuths and using multiple railroad tracks; and
- на фигуре 6 представлена схема предпочтительного варианта реализации изобретения.- figure 6 shows a diagram of a preferred embodiment of the invention.
Как показано на блок-схеме на фигуре 1, во время первого этапа 10 процесса мониторинга недр под целевой зоной согласно изобретению по меньшей мере в течение определенного периода времени регистрируются сейсмические волны.As shown in the flow chart in figure 1, during the
Данные сейсмические волны поступают от движущегося источника сейсмического шума, то есть от источника, находящегося в движении, и движение которого создает шум. Этот источник шума известен в том смысле, что он хорошо идентифицирован. Таким образом, речь идет не об окружающем шуме неидентифицированного происхождения.These seismic waves come from a moving source of seismic noise, that is, from a source that is in motion and whose movement creates noise. This noise source is known in the sense that it is well identified. Thus, we are not talking about ambient noise of unidentified origin.
Регистрация данных сейсмических волн производится с помощью пары датчиков, расположенных так, чтобы в течение указанного периода времени быть выровненными с источником шума.Seismic wave data is recorded using a pair of sensors positioned to be aligned with the noise source for a specified period of time.
Пары датчиков могут быть размещены разными способами, например, через равные интервалы по прямым линиям, как показано на фигуре 2, описанной ниже, но они также могут быть размещены нерегулярно и по любой кривой, или в узлах сетки регулярной или нерегулярной формы с ячейками квадратной, шестиугольной или иной формы. Также они могут размещаться случайным образом.Pairs of sensors can be placed in a variety of ways, such as at regular intervals in straight lines, as shown in Figure 2 below, but they can also be placed irregularly and along any curve, or at regular or irregular grid points with square cells. hexagonal or otherwise. They can also be placed randomly.
На фигуре 2 в качестве одного из неограничивающих примеров приводится конфигурация датчиков для регистрации в случае, если целевой зоной выступает железнодорожный путь 20. Вместе с тем изобретение так же хорошо применимо к целевой зоне, включающей обычную дорогу, здание или иную инфраструктуру (например, аэропорт).Figure 2 shows, as one non-limiting example, a sensor configuration for recording if the target area is a
Множество приемников сейсмических волн или датчиков 22 располагаются вдоль железнодорожного пути 20, называемого «целевым», по обе стороны от него. Эти датчики 22 образуют собой «Приемную линию А», 22А, и «Приемную линию В», 22 В. Датчики 22, например, могут включать хотя бы один геофон и/или акселерометр и/или датчик на основе оптоволоконного кабеля, например, типа DAS (Система распределенного акустического зондирования).A plurality of seismic wave receivers or
Вдоль целевого пути 20 датчики 22 могут быть распределены через равные интервалы (например, через несколько метров друг от друга). В частности, расстояние между датчиками 22 может составлять 2 метра.Along the
Датчики 22 могут быть размещены на поверхности земли или слегка заглублены, а именно, располагаться на несколько метров под поверхностью. Они могут быть размещены на/под железнодорожной насыпью, на рельсах или под ними, а также в железнодорожном туннеле.The
Множество датчиков 22 включает по меньшей мере одну пару датчиков 220, 221, расположенных напротив друг друга по обе стороны от железнодорожного полотна 20 и поперечно ему.The plurality of
Мобильным источником сейсмического шума выступает поезд 24, движущийся по пути 21 - так называемому «пути-источнику», - отдельно от целевого пути 20. Шум, издаваемый движущимся поездом 24, на фигуре символизируется стрелками в форме кругов 26. Этот шум преимущественно возникает в результате соприкосновения колес поезда 24 с рельсами железнодорожного полотна 21.The mobile source of seismic noise is a
Комплект, состоящий из множества датчиков 22, мобильного источника сейсмического шума 24 и модуля, пригодного для проведения обработки описанного здесь способа мониторинга недр, образует устройство мониторинга недр, соответствующее изобретению.A set consisting of a plurality of
Если рассмотреть пару датчиков 220, 221, они будут находится с выравниванием с поездом 24 в течение периода времени, который начинается с момента, когда первое колесо поезда 24 оказывается на прямой, проходящей через барицентр датчиков 220 и 221, и заканчивается моментом, когда последнее колесо поезда 24 оказывается на прямой, проходящей через барицентр датчиков 220 и 221.Considering a pair of
В соответствии с настоящим изобретением, в этот период времени датчики 220 и 221 регистрируют сейсмические волны, которые будут подвергнуты дальнейшей обработке способом, соответствующим изобретению. Этот период времени предопределен, поскольку известны кинематические параметры поезда 24, а именно, его положение и скорость в каждый момент. В этом смысле мобильный источник сейсмического шума, коим выступает поезд 24, является идентифицированным.In accordance with the present invention, during this period of time, the
Этап записи 10 может быть ограничен данным периодом времени. В одном из вариантов регистрация также может проводиться непрерывно во времени.The
Как показано на блок-схеме на фигуре 1, за этапом 10 регистрации сейсмических волн может следовать этап 11 предварительной обработки сейсмических волн, зарегистрированных датчиками 22.As shown in the flowchart in Figure 1, the
Эта предварительная обработка может проводится различными способами и включает по меньшей мере стадию удаления шумов и стадию частотной фильтрации.This pre-processing can be carried out in various ways and includes at least a noise removal step and a frequency filtering step.
В одном из описанных примеров на стадии удаления шумов из записанных сейсмических волн удаляется базовый окружающий шум из сейсмического шума, производимого поездом 24. Этот базовый окружающий шум представляет собой электрический шум, связанный с контактной сетью, характеристики которого хорошо известны. В результате получается сигнал с улучшенным соотношением сигнал/шум.In one of the described examples, the denoising step of the recorded seismic waves removes the baseline ambient noise from the seismic noise produced by the
Во время стадии частотной фильтрации сигнал фильтруется в определенном диапазоне частот, который соответствует предполагаемой полосе излучения поезда 24 и целевой полосе излучения, которая зависит от глубины зондирования недр под целевой областью, представленной железнодорожным полотном 20.During the frequency filtering stage, the signal is filtered in a certain frequency range that corresponds to the expected emission band of the
Кроме того, в промежутке между стадией удаления и стадией частотной фильтрации дополнительно может быть проведена операция спектрального отбеливания и/или операция бинаризации.In addition, in between the removal step and the frequency filtering step, a spectral whitening operation and/or a binarization operation may additionally be performed.
Операция спектрального отбеливания, также известная как спектральное выравнивание, заключается во взвешивании всех частотных компонентов сигнала таким образом, чтобы все они имели одинаковое энергетическое представление.The operation of spectral whitening, also known as spectral equalization, consists in weighting all the frequency components of a signal so that they all have the same energy representation.
Операция бинаризации, также широко известная, заключается в присвоении -1 или+1 каждому мгновенному значению сигнала, чтобы упростить сигнал.The binarization operation, also commonly known, is to assign -1 or +1 to each instantaneous signal value in order to simplify the signal.
Могут применяться и другие виды предварительной обработки.Other types of pretreatment may also be used.
После этапа 10 (регистрации) и опционального этапа 11 (предварительной обработки сейсмических волн, зарегистрированных датчиками 22) следует этап 12 - восстановление сейсмограммы целевой зоны.Step 10 (registration) and optional step 11 (pre-processing of seismic waves registered by sensors 22) are followed by step 12 - recovery of the seismogram of the target zone.
На этапе восстановления 12 метод интерферометрии применяется к зарегистрированным и, возможно, предварительно обработанным сейсмическим волнам.In
Данный метод интерферометрии включает по меньшей мере одну операцию взаимной корреляции сигналов полученных на основе сейсмических волн, зарегистрированных датчиками 220 и 221 в течение определенного периода времени, в течение которого поезд 24 проходил по пути-источнику 21. Данный метод интерферометрии позволяет восстановить виртуальные пути распространения поперечных волн, в данном случае перпендикулярных целевому железнодорожному пути 20. Эти виртуальные пути распространения характеризуют сейсмограмму.This interferometry method includes at least one operation of cross-correlation of signals obtained from seismic waves recorded by
На фигуре 3 схематично показаны виртуальные пути распространения для каждой пары датчиков, расположенных по обе стороны от целевого железнодорожного пути 20.Figure 3 schematically shows the virtual propagation paths for each pair of sensors located on either side of the
В других вариантах реализации на этапе восстановления 12 может быть применен любой другой метод интерферометрии, например, метод, основанный на свертке, вместо упомянутой выше операции взаимной корреляции.In other embodiments, any other interferometry method, such as a convolution-based method, may be applied in
Как показано на фигуре 4, этап восстановления 12 может быть выполнен по разным направлениям. В самом деле, операции взаимной корреляции можно проводить не только между сигналами от сейсмических волн, записанных парами датчиков, расположенных напротив друг друга (как пара датчиков 220 и 221), но и парами датчиков, расположенных аналогично датчикам А5 и В6 или датчикам А7 и В6, то есть парами датчиков, для которых прямая, проходящая через барицентр двух датчиков, входящих в пару, образует ненулевой угол с перпендикуляром к целевому железнодорожному пути 20.As shown in figure 4, the
Более того, как показано на фигуре 5, этап восстановления 12 может проводится не только для различных направлений, но и с использованием множества железнодорожных путей с соответствующими парами датчиков. Путь-источник 21, параллельный путям 201-204, проходит рядом с «приемной линией 22А», как на фигурах 2-4, однако для простоты он не показан на фигуре 5.Moreover, as shown in figure 5, the
Таким образом, прохождение поезда по пути-источнику 21 позволяет восстановить с помощью интерферометрии виртуальные пути распространения между линиями 22А и 22 В, и/или между линиями 22 В и 22С, и/или между линиями 22С и 22D, и/или между линиями 22D и 22E. Другими словами, для каждой пары соседних железнодорожных путей, каждый путь позволяет восстанавливать сейсмограмму зоны, расположенной под соседним путем с помощью пар датчиков, развернутых по обе стороны от этого соседнего пути.Thus, the passage of the train along the
Выше была описана процедура восстановления виртуальных поперечных путей распространения (то есть поперечных к железнодорожному пути) с использованием временного окна, в течение которого поезд 24 выровнен с парой датчиков 220, 221: пары датчиков позволяют изучать вариацию пути сейсмического шума.The procedure for restoring virtual transverse propagation paths (i.e., transverse to the railroad track) has been described above using a time window during which train 24 is aligned with a pair of
В одном из вариантов реализации возможно использовать корреляцию путем свертки между двумя датчиками по обе стороны пути и сигналом, испускаемым поездом, движущимся по этому же пути. Таким образом, временные вариации времени распространения могут быть использованы для постоянного мониторинга в целях отслеживания возникновения аномалий.In one embodiment, it is possible to use convolution correlation between two sensors on either side of a track and a signal emitted by a train traveling on the same track. Thus, temporal variations in the propagation time can be used for continuous monitoring in order to track the occurrence of anomalies.
Как показано на фигуре 1, за этапом восстановления 12 может опционально следовать этап суммирования 13 восстановленных сигналов от сейсмических волн, полученных от множества мобильных источников сейсмического шума 24.As shown in Figure 1, the
В неограничивающем примере, описанном здесь, источником шума выступают поезда, множество поездов, передвигающиеся по пути в различные моменты времени, имеющие разную длину и скорость, и соответственно, выровненные с парами датчиков, аналогичными паре 220, 221 в различные периоды времени. Такие поезда будут давать сходные восстановленные сигналы.In the non-limiting example described here, the noise source is trains, a plurality of trains traveling along a track at different times, having different lengths and speeds, and accordingly aligned with sensor pairs like
Суммирование нескольких подобных сигналов позволяет улучшить отношение сигнал/шум и, таким образом, получить более качественное изображение недр под целевой зоной. Кроме того, это позволяет для датчиков типа пары 220, 221 воссоздавать виртуальные пути распространения однократно или с заданной периодичностью, например, ежедневно, еженедельно или ежемесячно.The summation of several such signals allows to improve the signal-to-noise ratio and, thus, to obtain a better image of the subsoil under the target zone. It also allows sensors such as the
Как показано на фигуре 1, после этапа восстановления 12 и опционального этапа суммирования 13 выполняется этап 14 построения изображения недр под целевой зоной на основе сейсмограммы, восстановленной ранее.As shown in FIG. 1, after the
На этапе 14 построения изображения обработка зависит от типа сейсмических волн, зарегистрированных на этапе 10. На самом деле, можно регистрировать различные типы волн: поверхностные волны, преломленные волны, а также отраженные волны.In
В одном из вариантов реализации, в котором на этапе 10 регистрируются поверхностные сейсмические волны, для получения изображения недр под целевой зоной выполняются следующие операции.In one embodiment, in which surface seismic waves are recorded in
Прежде всего определяются кривые дисперсии поверхностных волн в воссозданных сигналах сейсмограммы в заданном диапазоне частот. В качестве неограничивающего примера, данный интервал частот может лежать в диапазоне от 1 до 100 Гц.First of all, the dispersion curves of surface waves in the reconstructed seismogram signals in a given frequency range are determined. As a non-limiting example, this frequency range may be in the range from 1 to 100 Hz.
При необходимости далее можно выбрать только максимумы этих кривых дисперсии.If necessary, you can then select only the maxima of these dispersion curves.
Затем на основе кривых дисперсии проводится томография скорости реконструированных сигналов.Then, velocity tomography of the reconstructed signals is performed based on the dispersion curves.
Наконец, выполняется инверсия скоростей поверхностных волн восстановленных сигналов, полученных от поверхностных волн, с целью получения модели скоростей волн давления и сдвига, также известных как P- и S-волны.Finally, the surface wave velocities of the reconstructed surface wave signals are inverted to obtain a model of the pressure and shear wave velocities, also known as P- and S-waves.
Путем повторения этих операций во времени получают изображение недр под целевой зоной, которое меняется во времени, другими словами, получается четырехмерное представление данной области недр.By repeating these operations over time, an image of the subsurface under the target zone is obtained that changes over time, in other words, a four-dimensional representation of the given subsurface area is obtained.
В другом варианте реализации, в котором на этапе 10 регистрируются преломленные сейсмические волны, для получения изображения недр под целевой зоной выполняются следующие операции.In another implementation, in which refracted seismic waves are recorded in
Прежде всего определяется время поступления восстановленных сигналов сейсмограммы, соответствующих преломленным сейсмическим волнам.First of all, the arrival time of the reconstructed seismogram signals corresponding to refracted seismic waves is determined.
Далее проводится томография восстановленных сигналов, соответствующих преломленным волнам типа P на основе вышеупомянутых моментов поступления сигналов с тем, чтобы получить модель скорости волн давления, также известных как P-волны.Next, the reconstructed signals corresponding to refracted P-waves are tomographed based on the aforementioned signal arrival times in order to obtain a velocity model of pressure waves, also known as P-waves.
Аналогично варианту реализации с регистрацией поверхностных сейсмических волн, повторение этих операций по времени позволяет получить меняющееся во времени изображение недр под целевой зоной - другими словами, четырехмерное изображение этой области недр.Similar to the seismic surface wave implementation, repeating these operations over time produces a time-varying image of the subsurface below the target zone—in other words, a four-dimensional image of that subsurface area.
В другом варианте реализации изобретения, на этапе 10 возможна регистрация отраженных сейсмических волн. Она позволяет получить картину отражательной способности недр под целевой зоной.In another embodiment of the invention, at
Разумеется, можно совместить регистрацию преломленных волн с регистрацией поверхностных волн, чтобы повысить разрешение, равно как и интегрировать обработку отраженных волн в данные процессы. В частности, сигналы обрабатываются независимо до пиков, которые затем объединяются, причем в роли пиков выступают кривые дисперсии для поверхностных волн и времена первого прибытия для преломленных волн.Of course, it is possible to combine the registration of refracted waves with the registration of surface waves in order to increase the resolution, as well as to integrate the processing of reflected waves into these processes. In particular, the signals are processed independently to peaks that are then combined, with the dispersion curves for surface waves and the first arrival times for refracted waves acting as peaks.
В частности, предпочтительно и как показано на фигуре 6, изображение подземной целевой области 3 под железнодорожным путем 20 шириной порядка 1,5 м, лежащей на некотором расстоянии от параллельного пути-источника 21, может быть получено с помощью двух линий обычных датчиков типа акселерометров, отстоящих друг от друга на 5 м и охватывающих железнодорожный путь 20, расстояние между датчиками в каждой линии равно 3 м, датчики расположены в шахматном порядке для выравнивания разрешения трехмерного изображения, получаемого путем взаимной корреляции в масштабе колеи. Обработка поверхностных и преломленных волн позволяет достичь разрешения в 2 м или менее. Если требуется более высокое разрешение, можно провести сближение линий датчиков, например, разместив их прямо у рельсов, то есть на расстоянии около 1,5 м, и/или использовать два оптоволоконных кабеля для распределенного акустического зондирования, тем самым сократив расстояние между датчиками до порядка 60 см.Particularly preferably, and as shown in FIG. 6, an image of an
К способу, описанному в настоящем изобретении, можно также добавить метод восстановления, соответствующий предшествующему уровню техники, в котором группы датчиков позволяют анализировать кривые дисперсии сейсмических волн для дальнейшего повышения разрешения и/или точности изображения: а именно, восстанавливаются виртуальные продольные пути распространения, то есть параллельные железнодорожному пути, например, с использованием временных окон предопределенной продолжительности до и после прохождения поезда 24, соответственно, после того, как датчики начинают регистрировать сейсмические волны и до того, как датчики перестают регистрировать сейсмические волны.To the method described in the present invention, it is also possible to add a prior art reconstruction method in which the sensor arrays make it possible to analyze the seismic wave dispersion curves to further improve the resolution and/or fidelity of the image: namely, the virtual longitudinal propagation paths are restored, i.e. parallel to the railway track, for example, using time windows of predetermined duration before and after the passage of
Способ, соответствующий изобретению, предусматривает пассивный мониторинг недр под целевой зоной в том смысле, что он обрабатывает полученные сейсмические волны, но не производит их. Тем не менее, можно представить объединение датчиков, регистрирующих сейсмические волны, с активными сейсмическими источниками для применения способов обработки, описанных в документе US-A-2017 052269.The method according to the invention involves passive monitoring of the subsurface below the target zone in the sense that it processes the received seismic waves but does not produce them. However, it is possible to imagine combining seismic sensors with active seismic sources to apply the processing methods described in US-A-2017 052269.
Claims (28)
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FR1856857 | 2018-07-24 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2021100995A RU2021100995A (en) | 2022-08-24 |
RU2784974C2 true RU2784974C2 (en) | 2022-12-01 |
Family
ID=
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20080133140A1 (en) * | 2006-12-05 | 2008-06-05 | Ralf Ferber | Processing seismic data using interferometry techniques |
WO2013114128A1 (en) * | 2012-02-01 | 2013-08-08 | Optasense Holdings Limited | Indicating locations |
WO2016159939A1 (en) * | 2015-03-27 | 2016-10-06 | Halliburton Energy Services, Inc. | Coherent noise attenuation using statistical methods |
CN106710212A (en) * | 2016-12-20 | 2017-05-24 | 浙江中电智能科技有限公司 | Monitoring method based on expressway traffic condition monitoring system |
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20080133140A1 (en) * | 2006-12-05 | 2008-06-05 | Ralf Ferber | Processing seismic data using interferometry techniques |
WO2013114128A1 (en) * | 2012-02-01 | 2013-08-08 | Optasense Holdings Limited | Indicating locations |
WO2016159939A1 (en) * | 2015-03-27 | 2016-10-06 | Halliburton Energy Services, Inc. | Coherent noise attenuation using statistical methods |
CN106710212A (en) * | 2016-12-20 | 2017-05-24 | 浙江中电智能科技有限公司 | Monitoring method based on expressway traffic condition monitoring system |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
S.DOU et al., "DISTRIBUTED ACOUSTIC SENSING FOR SEISMIC MONITORING OF THE NEAR SURFACE: A TRAFFIC-NOISE INTERFEROMETRY CASE STUDY", SCIENTIFIC REPORTS, vol.7, no.1, 14.09.2017, pp.1-12. D.A. QUIROS et al., "SEISMIC INTERFEROMETRY OF RAILROAD INDUCED GROUND MOTIONS: BODY AND SURFACE WAVE IMAGING", GEOPHYSICAL JORNAL INTERNATIONAL,vol.205, no.1, 19.02.2016, pp.301-313. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US11971514B2 (en) | Method and device for monitoring the subsoil of the earth under a target zone | |
Lin et al. | High-resolution 3D shallow crustal structure in Long Beach, California: Application of ambient noise tomography on a dense seismic array | |
Mi et al. | Near-surface imaging from traffic-induced surface waves with dense linear arrays: An application in the urban area of Hangzhou, China | |
CN105093292A (en) | Data processing method and device for earthquake imaging | |
Hayashi et al. | CMP spatial autocorrelation analysis of multichannel passive surface-wave data | |
Shao et al. | Near-surface characterization using high-speed train seismic data recorded by a distributed acoustic sensing array | |
Liu et al. | On the retrievability of seismic waves from high-speed-train-induced vibrations using seismic interferometry | |
JP6531934B2 (en) | Hybrid surface wave search method and hybrid surface wave search system | |
RU2784974C2 (en) | Method and device for monitoring of subsoil under target area | |
You et al. | High-quality surface wave retrieval from vibrations generated by high-speed trains moving on viaducts | |
CN111352153B (en) | Microseism interference positioning method based on instantaneous phase cross-correlation weighting | |
Fang et al. | Anonymous vehicle identification on seismic spectrograms | |
Mi et al. | Extraction of Rayleigh, Love and Virtual Refraction Waves from 3C High-speed-train-induced Vibrations for Near-surface Characterization | |
Luo et al. | Imaging the subsurface with the high-speed train seismic data based elastic reverse time migration | |
Zhang et al. | Near-surface S-wave velocity estimation using ambient noise from fiber-optic acquisition | |
CN115373023A (en) | Joint detection method based on seismic reflection and vehicle noise | |
CN114791623A (en) | Micro motion acquisition method | |
CN102890288B (en) | Interval velocity inversion method for earthquake waves | |
RU2021100995A (en) | METHOD AND DEVICE FOR MONITORING SUBSOIL UNDER TARGET ZONE | |
Alam et al. | Multi-channel spectrum analysis of surface waves | |
Czarny et al. | Spatiotemporal evaluation of Rayleigh surface wave estimated from roadside dark fiber DAS array and traffic noise | |
Liu et al. | On research of dispersion characteristics of multi-component surface waves from traffic-induced seismic ambient noise | |
Liu et al. | RNN-based dispersion inversion using train-induced signals | |
Zhou et al. | Elastic Wave Equation Traveltime Inversion with Dynamic Time Warping Based on High-speed Train Seismic Data | |
Liu et al. | Retrievability of seismic waves from train traffic with seismic interferometry |