对地强耦合拖曳式检波系统的研制

作者:张燕生;冷广昇;赵镨;王秀荣; 刊名:中国煤炭地质 上传者:杨振山

【摘要】因城市地下浅层空间探测要求在硬化路面上进行无损检测,而传统的采集方法是采用石膏或其它粘合剂固定检波器进行数据采集,施工效率较低,为此开发研制了一种对地强耦合拖曳式检波系统。该系统通过信号线缆和装配在耦合底盘上的检波装置形成单条或多条24道的拖曳式检波串,从而实现二、三维数据采集。通过拖拽式检波系统和粘接式检波系统在相同激发条件下数据对比,其在波形能量、频谱、功率谱、相位谱及叠加效果等方面具有较高的一致性,且拖拽式检波系统无明显的共振现象。试验证明该系统对地耦合性能良好,施工效率高,适用于城市浅层地震勘探。

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0前言随着城市化建设的快速发展,浅层地下空间探测的需求量越来越大,城市工程地震的应用也越来越多[1,2]。传统地震数据采集时,为了有效地“感知”地下传来的地震波,要求检波器要牢固地埋置在地表下以保证检波器的对地良好耦合,但这很难适应城市硬化路面上无损探测施工要求。为了既不破坏硬化路面,同时又能有效地增强检波器对地的耦合性能,以往工程地震采集工作基本上是采用石膏或其它粘合剂把普通检波器粘接在硬化路面上[3],但这样施工方法会造成采集效率低下、检波器排列滚动困难、人工及时间成本较高等不利结果。基于以上情况,我们研发了一套对地强耦合拖曳式检波系统,以解决城市硬化路面上工程地震采集施工难题,该系统既能保证检波器与地面具有较强的耦合性能,又可以快速移动,高效地完成地震采集工作。本文对该拖曳式检波系统进行介绍,结合在国内某城市路面上采集的实际对比试验数据,分析说明对地强耦合拖曳式检波系统的耦合性能良好、检波效果与传统埋置式检波没有明显差异。1系统设计借鉴海上拖曳式地震采集作业的思想,对传统的陆地埋置式检波和硬化路面上的石膏粘连式检波装置进行了改进,我们开发了一套适用于城市硬化路面上施工的“对地强耦合拖曳式检波器系统”。该系统通过信号线缆和装配在耦合底盘上的检波装置形成24道的拖曳式检波串,从而实现二维地震数据采集。还可以根据实际需要,把多条24道检波串方便地部署在硬化路面上,形成小规模的三维检波系统,道距、线距可依据实际工程需要而定。1. 1系统结构该系统结构框图如图1所示。其设计思路是去除普通检波器的尾椎部件,省去传统施工中埋置、插拔或粘接检波器的作业环节,转而利用适当的配重装置解决检波器对地的耦合问题[4],减少排列滚动过程中的人工干预,通过工程车上的牵引装置拖拽检波站串,在保证耦合效果和采集质量的前提下,实现拖曳式检波系统的快速部署。图1系统结构示意图Figure 1 A schematic diagram of system configuration1. 2耦合装置在地震采集的过程中,检波装置与大地的耦合性至关重要,直接影响着地震采集数据的质量[5-7]。在保证便捷施工、无损探测、快速移动的基础上,如何提高检波系统对地耦合度,是拖曳式检波系统设计中需要首先考虑的因素。要想提高检波系统对地耦合度,就要设法使得检波器壳体与大地连接成一体,使得地表产生的振动信号能够保真地传递给检波装置。为兼顾排列的快速移动性和对地耦合性,我们设计了一个耦合底盘装置,这个底盘装置具有以下特点:①检波站可以在硬化路面或平整草坪上快速拖拽、滑动;②检波站在拖拽施工的过程中不会产生翻滚;③配重合理,既便于路面拖拽又可以产生较强的对地耦合效果(图2)。为保证信号线缆在拖曳过程中不产生磨损,本系统配置了耐磨防护带。图2耦合底盘结构示意图Figure 2 A schematic diagram of coupling chassis configuration1. 3检波器芯体选型检波器芯体性能是整个检波系统采集效果的重要内在因素,它决定着采集系统我们做了大量的检波器芯体测试试验工作,选定了某种速度型检波器芯体,图3是该检波器芯体的幅频特性响应曲线,其幅频响应较为理想,在5-400Hz的范围内都可以获得接近恒定的速度型幅频响应。本系统可以通过选配构件,适配不同种类的检波器芯体。根据工程探测目标不同,配置横波、纵波、或多波多分量的检波器芯体,因而有较好的扩展性。2采集对比试验2. 1试验布置为了检验系统对地耦合性能和采集效果,在北方某城市硬化路面上进行了石膏粘接式检波和拖曳式检波的采集

参考文献

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