微动探测原理及仪器介绍

1、微动探测原理

1.1 基本理论

1.2 微动探测数据处理方法

1.3 微动探测常用台阵布设方式介绍

2、探测仪器介绍

2.1 SmartSolo（深圳面元智能科技有限公司）

2.2 WLU-3C无线节点勘探系统（湖南奥成科技有限公司）

2.3 WD智能微动勘探仪（北京市水电物探研究所）

2.4 国为GN309 远程实时智能微动系统（合肥国为电子有限公司）

2.5 EPS便携式数字地震仪（重庆地质仪器厂）

1、微动探测原理

1.1 基本理论

微动是由体波和面波组成，其中微动能量的百分之七十以上都来自于面波，并且它与体波的主要区别是在不均匀的介质中传播时面波会发生频散，而体波不存在频散现象，因此面波是微动探测的主要对象。

对于介质的弹性参数（如横波速度、层薄厚、压缩波速度、密度等），面波传播速度相对比较敏感，特别是对横波的敏感性很高，因此可以利用面波来反演横波速度。

在时间和空间上，微动信号具有以下特性：高度变化、无规律性、无重复性等，有研究发现全世界各处记录的微动信号都有相似的频谱形态。因此在一定时空范围内，微动信号是满足统计稳定性的。

1.2 微动探测数据处理方法

微动探测就是以此理论为基础，从圆形台阵采集的地面微动信号中通过数据处理算法（如空间自相关法）提取出面波（瑞利波）频散曲线，经反演获取台阵下方S波速的地球物理探测方法。

这一方法在国外、特别是在日本已广泛应用于盆地结构调查、工程地质勘察、场地稳定性评价等多个领域。

微动勘探的数据处理方法多种多样，当今实际应用最常用的提取频散曲线方法主要有以下几种：

频率-波数法（需要大量的地震台站，台站数量与数据处理结果精度正相关，处理需要的台阵数比空间自相关法要求的多，现场布阵更加灵活）
空间自相关法（理论上要求圆形台阵布设，城市工勘中通常采用嵌套三角形，对现场布设条件要求较为严格）
折射微动法

具体数据处理原理可参考：城市地下空间勘探中的微动技术研究

1.3 微动探测常用台阵布设方式介绍

这里主要介绍城市工勘中常用的嵌套三角形台阵布设方式

1.3.1 单点探测布设方式

布设时需注意：圆心处布设1台检波器，圆周上至少布设3台数据采集器。在利用空间自相关法法时，圆形观测台阵的半径称为观测半径R，最大探测深度H与观测半径R之间通常存在以下关系：H=(3~5)R。

1.3.2 剖面探测布设方式

2、探测仪器介绍

检波器用于采集微动信号，作为振动信号接收和采集的最前端设备，在微动探测中有着重要的作用，其性能的好坏直接影微动信号记录质量和资料处理与解释的成果。

检波器性能评价主要关注以下几个参数指标：

固有频率（决定地震记录的有效频率，从而决定勘探深度，通常频率越低，探测深度越深，相应的分辨率就下降了）
采样频率
AD转换（24位或32位，对于微动探测无需过高的采样率，通过24位即可满足要求）
动态范围
灵敏度（灵敏度越高，检波器输出的电压越高，相当于更能接收到微弱的振动信号）
集成度和便携性（决定现场施工布设的效率）
是否支持无线实时传输数据（决定能否现场对数据进行质量评价，否则容易造成返工）
是否支持数据实时处理（决定能否现场对数据进行处理）

随着近几年工程勘察需求的增加，很多仪器厂商陆续研制了针对微动探测的地震检波器，下面将对一些主流的微动仪器提供厂商进行介绍，各家厂商仪器参数可参照公司官网的产品介绍资料。

2.1 SmartSolo（深圳面元智能科技有限公司）

SmartSolo 系统提供了一套完整的智能地震传感器从部署到采集再到数据回收和处理的解决方案。该系统系列产品适用于石油勘探，煤炭勘探，反射，折射，面波，微动，微震等领域。IGU-16 具有轻便、可靠、智能和低成本的特点，为当今勘探项目施工带来了成本变革。并且代表着将来大道数，高密度勘探节点仪器的发展方向。相比上一代的节点系统，SmartSolo 除了具有无大线传输，无电台传输，工作时间长达 50 天等特点外。SmartSolo 系统采集单元 IGU-16 采用了模块化及无任何外部连接器的设计理念。IGU-16 分为主体和电池包，可组装与拆卸。这样使得施工更加高效，后期维护更加便捷。

2.2 WLU-3C无线节点勘探系统（湖南奥成科技有限公司）

WLU-3C无线节点仪集检波器、数字化采集、存储器、无线传输、电源于一体的单点地震仪，主要功能包括在线管理、在线监测、炮集采集（触发式）、实时监测采集（频散实时分析显示）、本地存储采集（盲采）、触发GPS时间记录。

2.3 WD智能微动勘探仪（北京市水电物探研究所）

ＷＤ智能天然源面波数据采集处理系统，改变了迄今为止现场仪器只采集天然微振动波形记录的现状。该系统利用大数据计算、筛选、叠加、归一化等技术，创先性研制出现场仪器在采集微震信号的同时，可直接显示勘探成果的面波频散曲线；信号采集过程中，无需震源，无需人工控制；装置系统安置在地面，１０～３０ｍｉｎ可获得上百米深度地层的面波频散曲线，得知土层软硬。在不同岩性地区的试验结果证实，该系统能快速、准确地进行地层划分，操作便捷，适应性强，为天然源面波勘探广泛应用于工程勘查提供了技术保障。

2.4 国为GN309 远程实时智能微动系统（合肥国为电子有限公司）

“国为”GN209 远程实时智能微动系统,无缆节点采集站，无需人工震源，基于 4G 远程实时数据传输、实时监控、实时智能评价和配置参数，作业效率高，勘探深度大。广泛适用于无需人工震源的城市地下空间、地热油气煤炭资源、溶洞采空区、矿产资源，以及各种浅层或深层工程地质勘查探测。

2.5 EPS便携式数字地震仪（重庆地质仪器厂）

EPS 便携式微功耗宽频带地震仪是一种宽频带、低价格、微功耗地震仪。无需锁摆，无需调整摆体位置，传递函数十分稳定，体积小、安装使用方便，功耗小于 300mW 的数字地震仪。内置配有三分量地震传感器、高灵敏度的北斗+GPS 模组、电子罗盘、姿态传感器、Bluetooth 模块以及可充电锂电池，无需任何外部电源即可连续工作 20 天以上。它可以实现定时开机采集、采集结束定时关机；也可连续采集；采用 USB、RS232、 Bluetooth 等多种交互工作方式；数据自动本地存储；具有北斗+GPS 授时、地理位置定位等特点。非常适合进行无人值守的长时间定时检测和野外宽频带地震观测、天然微动面波探查。其高频达到 200Hz 以上，可以满足人工地震测深以及瞬态面波勘探的需求。