微地震技術(shù)在銀行金庫監(jiān)控系統(tǒng)中的應用研究

劉 珺，劉 亞

（北京航空航天大學，北京 100191）

微地震技術(shù)在銀行金庫監(jiān)控系統(tǒng)中的應用研究

劉 珺，劉 亞

（北京航空航天大學，北京 100191）

針對當前銀行金庫監(jiān)控系統(tǒng)存在的不足，提出將微地震技術(shù)應用到銀行金庫監(jiān)控系統(tǒng)中。介紹了微地震監(jiān)測技術(shù)及定位算法，重點闡述了微地震定位實驗，將定位結(jié)果與實際震源點位置進行比較，證明了將微地震技術(shù)應用到銀行金庫監(jiān)控系統(tǒng)中的可行性。

微地震；監(jiān)測；銀行；定位

近幾年，采用地下掘進方式進行盜竊的案例越來越多。這類盜竊案件頻繁發(fā)生，主要原因是現(xiàn)有監(jiān)控系統(tǒng)存在不足[1]。

目前，銀行在金庫中采用攝像機和拾音器進行實時監(jiān)控，當攝像機發(fā)現(xiàn)不明身份的人或拾音器聽到異常的聲音時，將報警信號傳送到監(jiān)控主機，主機啟動聲光報警裝置可直接接通110專線[2]。而這種系統(tǒng)存在兩種不足：（1）攝像機觀察范圍和拾音器的拾音范圍相對較?。唬?）拾音器只能采集到異常的聲音信號，確定不了信號源的位置。

1 微地震監(jiān)測技術(shù)

微地震監(jiān)測技術(shù)是以聲發(fā)射學和地震學為基礎(chǔ)，通過觀測分析生產(chǎn)活動中所產(chǎn)生的微小地震事件來監(jiān)測生產(chǎn)活動的影響效果及地下狀態(tài)的地球物理技術(shù)。

1.1 微地震技術(shù)的應用

地球物理學研究的不斷發(fā)展和數(shù)字化地震監(jiān)測技術(shù)的廣泛應用，為研究小范圍內(nèi)信號微弱的微地震事件提供了技術(shù)支持。國外的一些公司與大學合作，對微地震監(jiān)測技術(shù)進行了一些工程應用實驗[3]。這些實驗主要是為了將微地震監(jiān)測技術(shù)應用到地下巖石工程（如地熱、水壓致裂[4]、水庫大壩、石油、核廢料處理等）中。

1997年，美國科學家針對德州東部棉花谷（cotton valley）水壓致裂的情況進行了一次微地震成像現(xiàn)場實驗。該實驗表明微地震成像技術(shù)具有經(jīng)濟、實用、分辨率高、監(jiān)測范圍廣和操作方便等優(yōu)點。

針對德州、肯塔基州、新墨西哥州等地的不同深度（1 000～3 000 m）、不同巖性的地熱和石油誘發(fā)微地震的情況，W.Scott Phillips等人進行了10 000多次微地震試驗，結(jié)果顯示微地震監(jiān)測技術(shù)能夠較好地分辨破裂模式[5]。

南非的科學家在威特沃特斯蘭德地區(qū)和Leeudoom幾個黃金礦區(qū)采集了300 000個微地震事件。使用累積震矩和體積內(nèi)斂間的對應關(guān)系對其進行了研究。研究發(fā)現(xiàn)不同的地質(zhì)構(gòu)造產(chǎn)生的微地震事件有所不同。

1.2 微地震定位及算法

微地震監(jiān)測技術(shù)的一個主要任務是確定震源的位置。微地震監(jiān)測技術(shù)通過震源點的位置分布和震源機制（剪切斷裂或張性斷裂）等特征來預測是否將發(fā)生事故。例如：對澳大利亞Gordonstone煤礦進行微地震監(jiān)測，其導水裂隙帶分界線形似馬鞍狀，推斷出該礦區(qū)采煤造成的巖石破裂不會延展到煤層頂板上方的含水層[6]。微地震監(jiān)測還被應用到軍事地下工事的探測，用于測定軍事車輛的類別和數(shù)量。

微地震技術(shù)通常采用P波定位，原因是P波在巖體中傳播速度最快而且易于識別。采用此法定位時，假設(shè)巖層是均勻速度模型，P波傳播速度為已知，同時要在至少四個以上不同地點布設(shè)監(jiān)測臺站（如圖1）[7]。P1、P2、P3、P4 為四個監(jiān)測點，q點為震源的位置，S1、S2、S3、S4為震源點和監(jiān)測點之間的距離。

圖1 定位原理圖

通過計算列出求解震源的方程組為：

在方程組中，接收到信號的時刻 ti（i=1，2，3，4）和傳播速度V都是已知的，通過方程組可以解出震源的起震時刻 t0和震源坐標（x0，y0，z0），即確定了震源的位置。

2 人員敲擊定位實驗

本節(jié)使用人員敲擊水泥地面模擬盜竊犯挖掘地道產(chǎn)生的振動，通過比較實際敲擊點的位置與軟件定位的位置驗證將微地震監(jiān)測技術(shù)應用到銀行監(jiān)控系統(tǒng)中的可行性。

試驗使用環(huán)洲HZ-MS48型微地震監(jiān)測系統(tǒng)，經(jīng)測定P波在該介質(zhì)中的傳播速度為3 400 m/s。敲擊點實際位置為（13.5，20.5，0），敲擊時間間隔為 2～3 s。試驗測得的人員敲擊的波形如圖2所示。從圖中可以看到，人員敲擊產(chǎn)生的波形很清晰。用Siroseis軟件對接收到的波形進行定位，得到敲擊點的位置坐標為（16，20，0），如圖3。將軟件定位結(jié)果與敲擊點的實際位置進行比較，見表1。通過對比可以看出軟件定位結(jié)果與敲擊點的實際位置之差最大為2.5 m。因為該軟件定位結(jié)果輸出為整數(shù)，所以定位結(jié)果的實際誤差小于2.5 m。微地震定位的最小誤差范圍為5 m，試驗得到的結(jié)果在誤差允許范圍內(nèi)，2.5 m的范圍已經(jīng)可以滿足銀行金庫監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)地下掘進盜竊分子的需要。以上試驗證明了將微地震監(jiān)測進行應用到銀行金庫系統(tǒng)的可行性。

圖2 敲擊信號典型波形圖

圖3 敲擊微地震事件定位結(jié)果

表1 軟件定位與實際位置對比

3 影響微地震定位精度的因素

影響微地震定位精度的因素有很多，歸結(jié)起來主要有以下幾個方面：

（1）速度模型產(chǎn)生的誤差?，F(xiàn)在的定位方法大多假設(shè)地震波是在均勻的、各向同性的介質(zhì)中傳播，而實際情況并非如此，這就導致了波速誤差，從而影響定位效果。

（2）走時計算產(chǎn)生的誤差?，F(xiàn)行的絕大多數(shù)定位算法都是在計算走時殘差方差的極小值基礎(chǔ)上進行的，走時誤差直接引起了定位誤差。

（3）計算誤差。受地震波反演固有的限制，不充分的觀測數(shù)據(jù)及觀測數(shù)據(jù)中存在的誤差和噪音使得反演結(jié)果具有不唯一性。

（4）與震源有關(guān)的誤差。微地震定位時常把震源看成是一個點，但有一些震源有一定的破裂長度。這樣的震源根據(jù)不同的破裂方式產(chǎn)生微震能量有所不同，當能量較小時，離震源點較近距離的監(jiān)測臺站，可以較好地接收到震源點產(chǎn)生的微地震波；而相對較遠的監(jiān)測臺站，則不能較好地接收到來自震源點的微地震波，也可能接收到的是非初始破裂點產(chǎn)生的地震波，從而引起定位誤差。

本文介紹了微地震監(jiān)測技術(shù)的應用現(xiàn)狀及其定位原理，將微地震監(jiān)測技術(shù)應用到銀行金庫的監(jiān)控系統(tǒng)中。微地震監(jiān)測技術(shù)本身的性質(zhì)和震源定位的算法保證了研究的可行性。微地震定位實驗的定位結(jié)果進一步印證了這種方法的可行性。

[1]平健，李仕雄，夏媛媛.微地震技術(shù)在銀行金庫監(jiān)控系統(tǒng)中的應用[J].微計算機信息，2010（7）：101-103.

[2]李艷萍.某人民銀行金庫監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計方案[J].中國公共安全，2004（2）：106-108.

[3]趙向東，陳波，姜福興.微地震工程應用研究[J].巖石力學與工程學報，2002，21（增 2）：2609-2612.

[4]BLOCK LV，CHENG CH，F(xiàn)EHLER M C，etal.Seismic Imaging Using Micro-earthquakes Induced by Hydraulic Fracturing[J].Geophysics，1994，59（1）：102-112.

[5]PHILIPS W S，RUTLEDGE J T，HOUSE L S，et al.Induced Mircoearthquake Patterns in Hydrocarbon and Geothermal Reservoirs：Six Case Studies[J].Pure Appl.Geophys，2002（159）：345-369.

[6]于克君，駱循，張興民.煤層頂板“兩帶”高度的微地震監(jiān)測技術(shù)[J].煤田地質(zhì)與勘探，2002，30（1）：47-51.

[7]平健，李仕雄，陳虹燕，等.微震定位原理與實現(xiàn)[J].金屬礦山，2010（1）：167-169.

Application of the mircoseismic monitoring technology in the monitoring and control system of the bank

Liu Jun，Liu Ya

（Beihang University，Beijing 100191，China）

The paper proposed micro-seismic technology to bank vaults monitoring system for the current monitoring system deficiencies.Introduced some micro-seismic monitoring and positioning algorithms，focusing on the micro-seismic and positioning.Proved the feasibility of applying seismic technology to bank vault monitoring system through the comparison of the results and actual focal point.

micro-seismic；monitoring；bank；location

TP277

A

1674-7720（2011）01-0077-03

2010-07-14）

劉珺，女，1985年生，碩士研究生，主要研究方向：信息系統(tǒng)項目管理。

劉亞，男，1983年生，碩士研究生，主要研究方向：信息系統(tǒng)項目管理。