智能微动勘探技术介绍

WD智能微动勘探技术介绍

一、微动勘探的原理

以往进行大深度地震波勘探时，爆破震源是一种主要方式，但是在美国“911”恐怖事件之后，由于各国加强了安保措施，国内对于火工材料的管控也越来越严，使得以火工材料爆破作为震源来实现大深度勘探无法实现，因此利用自然界中存在的各种微弱震动作为震源进行的微动勘探（也称天然源面波勘探）逐渐被人们所重视。

地球表面时刻都处在一种微弱的震动状态下，这种连续的微弱震动称为微动。微动信号主要源自于两方面：一是人类的日常活动，包括各种机械振动、道路交通等，这些活动产生的信号频率一般大于1Hz，属于高频信号源，这类微动信号通常被称作常时微动；二是各种自然现象，包括海浪对海岸的撞击、河水的流动、风、雨、气压的变化等，这些现象产生的信号频率一般小于1Hz，属于低频信号源，这类微动通常被称作长波微动。微动没有特定的震源，振动来自观测点的四面八方，携带有丰富的地球内部信息，在时间和空间上存在高度变化、无规律性、无重复性的特点。微动的频谱特性反映了微动在时间和空间上的变化，这一点正是利用微动信号来研究地下横波速度结构的重要参数。

微动是由体波（P波和S波）和面波（瑞雷波和勒夫波）组成的复杂振动，其中面波的能量占信号总能量的70 % 以上。微动勘探主要采用台阵方法（SPAC法）来接收微动信息，从中提取瑞利面波的频散特性，通过对频散曲线进行反演获得地层的横波速度，以此推断地壳浅部的横波速度结构。观测台阵主要有圆形、“+”字形或“L”形，我们的研究表明观测台阵还可以有更多的形式，也可以采取任意形式布置检波器，但需要满足三个条件：满足探查深度范围需要的波长、台阵中各接收点连线的方向要尽可能的多、台阵中各接收点之间的距离要方便计算。

微动勘探无需任何人工震源，具有经济环保的优点；另外微动信号频率低、波长大，勘探深度大，已有的研究表明SPAC 法的有效波长范围为台站半径的3.2—17.2倍；台阵式的观测系统具有较强的抗干扰能力，所以微动勘探具有越来越广泛的应用前景。

二、智能勘探的必要性

以往的微动勘探是现场采集不被认识的随机信号，而后回到室内再进行数据处理，仪器的作用是数据的采集器和存储器。其流程分为3个步骤(见图1) ：①采集数据、②提取频散曲线、③频散曲线反演。这种工作流程与常规地震波勘探的通行做法相同。

图1 常规微动勘探流程

常规地震波勘探可以采用现场采集和事后数据处理分开做，重要原因是野外采集的数据可辨识、可复测校对、可评价质量。换言之：保证采集记录质量，处理成果质量也就具有了可靠基础。图2为常规地震勘探波形记录，具有以下特点：

①1个已知震源点的一次地震波传播记录；

②各种波的传播规律明确，如直达、折射、面波、反射、声波等；

③可判断采集记录质量及是否达到目的，无需进行处理后再来判别采集记录是否有效，可保证野外记录采集的质量及有效性。

图2 常规地震勘探波形记录

微动勘探采集的波形记录如图3所示，其特点是：

①无数个未知震源点、长时间的地震波记录；

②无规律的随机信号；

③无法认识有效信号和噪声信号；

④无法判断记录质量及是否达到目的。

因此对野外采集到的数据处理后能否得到想要的成果不确定，即数据采集具有盲目性，工作处于被动状态。即使现场能够进行数据处理，虽能保证各测量点野外资料采集的有效性，但施工效率不高，并且对技术人员专业水平要求较高，不便推

广应用。

三、WD 智能微动勘探的优点

WD 智能微动勘探在

现场布置好接收点、连

接好装置、打开WD 仪器，

在仪器屏幕上可以直接

看到地层频散曲线及其

逐渐收敛稳定的过程，

10-30分钟完成几米~几

百米深度的地层勘探

（图4），并获得场地卓越周期等参数。

图3 微动勘探采集的波形记录

屏幕左侧所显示的地震波记录，相

对于人工源面波勘探来讲都是干扰信

号，仅从记录面貌上无法判断记录是否

合格？属于盲目采集。

为提高工作效率，克服盲目采集的

缺陷，必须将采集与处理有机结合。

图4 WD 智能微动勘探仪显示屏

1、无需人工震源，安全、节能、环保、便捷，并且实时看到地质勘探成果；对于减少城市地下空间勘探中的交通拥堵和扰民，具有重大意义。

2、WD 仪器安装有自动识别与提取天然源面波信号的专家处理系统，采集过程中实时显示面波勘探的结果——面波频散曲线，以及面波频散曲线随采集过程逐渐收敛、细化、稳定的过程（图5），实现根据面波频散曲线的合格程度控制现场采集的模式。智能化的仪器保证微动勘探一次采集即可成功，以往复杂的事情今日简单做，以往笨重的钻探今日可用轻便WD 智能勘探完成。

3、WD 智能系统具备压制近源干扰影响的功能，有效

解决浅部信息空白的问题。常规微动勘探由于受近源干

扰信号影响，很难获得靠近浅地表的地层信息，WD 系统

改写了过往很多文献介绍的天然源面波能够测深不能

测浅、浅部频散资料需要人工源补充的问题。图6的频

散曲线起始点约为1.3米（最小边长为8米）。

图5 WD 智能微动勘探仪一次长采集过程中不同迭代次数下的显示结果 近源干扰

原始微动勘探资料，近源

干扰明WD 智能处理技术，剔除近

源干扰，获得浅部信息。

图6. WD 智能微动勘探成果（局部）

四、勘探成果

山东东营，最大边长100米 成都 ，最大边长64米 北京东坝，最大边长40米

勘探深度近700米 勘探深度450米 勘探深度150米

勘探深度范围大，几米至几百米

可精细划分软弱地层，粘质粉土和粉质粘土界面清晰

频散曲线的之字形现象虽然不大但可识别，之字拐点解释为粉土、粉质粘

土和粘质粉土的界面，其中厚度0.6米、1.0米的薄层清晰可分辨。

山东东营，最大边长12米