岩体稳定性的微震监测技术
北 京 优 赛 科 技 有 限 公 司 北 京 达 汉 新 柯 仪 器 有 限 公 司
岩体工程稳定性的微震监测技术
微震监测技术概要
微震监测技术用于监测岩体在变形和断裂破坏过程中以微弱地震（里氏三级以下）波的形式发生的微震事件，利用现代计算技术、通讯技术、GPS授时精确定位技术，在三维空间中实时地确定岩体中微震事件发生的位置和量级，从而对岩体的变形活动范围及其稳定性做出安全评价。 自1990年中期以来，微震监测技术已经被广泛应用于诸如矿山、石油工业、土木工程、环境地质、核废料、废气储存、战略石油储备等公共安全领域中岩体稳定性的短期和长期监测。微震监测技术在边坡滑动的时间和空间预警方面已经取得了重要成果，并显示了广阔的应用前景。
微震监测技术的应用领域
环境与公共安全 地震 火山
滑坡、泥石流 水库
核废料储存设施 地热工程
土木工程 隧道和隧道开挖 岩爆 边坡稳定
地下洞室、结构响应大坝监测
石油工业 断层活动定向 油、气井稳定性 油、气层监护管理 水压致裂监测评估 地下石油储备
矿山工程 地下洞室开挖稳定性岩爆 崩落采矿 采空区管理
露天开采边坡稳定性爆破
微震监测技术可以从岩体变形的最初始阶段开始，跟踪监测岩体内部从单元岩块的断裂到整个岩体失稳的渐进性破坏过程，从而大大促进了监测工作的科学性，同时提高了工程与地质灾害预报的准确性和超前性。与传统岩体稳定监测技术相比，微震监测技术的最大优点是可以精确给出岩体失稳的空间位置并使灾害预报提前约30-45天。因此，技术和管理人员可以有较为充足的时间采取应急措施，避免或极大限度地降低生命和财产损失，提高工作人员以及公众的安全。
ISS 微震监测技术系统构成
南非微震监测系统国际有限公司的ISS微震监测系统具有下述优良特性：
z 三维实时监测边坡整体； z GPS 授时精确定位；
z 小直径钻孔安装、兼容各种传感器； z 专业化的处理软件；
z 全波形、全数字、高速信号采集；
z 高分辨率、多通道、宽频率、灵活的有线无线通讯等； z 同时在空间和时间的预警方面有突出优势。
ISS微震监测系统包括硬件和软件两大部分。
硬件部分包括：微震拾震器（检波器）、数据采集单元、数据通讯、GPS计时； 软件部分包括：微震数据可视化与数据分析软件。
拾震器(Geophone)
拾震器用于感应微震地震波信号并将其传送至信号采集记录中心，拾震器分单向和三向两类，如图1所示，可根据具体监测要求选用。ISS拾震器的技术指标如下：
地址：北京车公庄西路19号华通大厦A座505。邮编：100044 电话：010-6848 6065，010-6848 3334。传真：010-6848 3335。
1
岩体工程稳定性的微震监测技术
ISS拾震器
产品种类 固有频率 (Hz)
去噪响应 无阻尼灵敏(Hz) 150 190
度 (v/m/s) 28 80
倾斜角 (o) 2 180
极限位移 近似的可用(mm) 4 0.5
频率范围 (Hz) 4-2000 12-2000
G4.5 G14
4.5 14
图1、拾震器
拾震器有表面式和钻孔埋入式，后者可以埋入到φ76mm的钻孔之中，用以获取深部岩体的微震信号。每只拾震器配带按工程要求选定长度的电缆。
微震数据采集
检震数据采集器用于获取由拾震器感应到的地震波信号，可将信号传送至实时处理中心（图2中a, c）或存入本地记录硬盘（定期更换硬盘，人工带回进行数据处理，图2中b）。图2为ISS公司第四代微震数字采集产品。采集器除支持微震拾震器外，还支持压电式加速度传感器，固态加速度式传感器，以及力平衡式加速度传感器。电压在-5V与 +5V之间，或电流在4mA 与20mA之间的传感器，都可应用于ISS微震监测系统。应变计、流变计、倾斜计、地应力计、温度计都已经有先例。
(a) QS自动采集通道控制器。 (b) SAQS自记型采集控制器。 (c) QSi防爆型采集控制器。
图2 震数据采集单元
ISS检震数据采集器的技术指标如下：
通道数
采样率(Hz) 带宽 (Hz)
50 sps时动态范围（dB）
地址：北京车公庄西路19号华通大厦A座505。邮编：100044 电话：010-6848 6065，010-6848 3334。传真：010-6848 3335。
6
通过软件选择 ：50, 100, 125, 200, 250,400, 500, 1000, 2000,3000,6000, 2000,16000, 24000,48000
最高到10 000 > 110
2
岩体工程稳定性的微震监测技术 SAQS，QSi技术特点：
z 24位数字化，3通道或6通道两种型号； z 采样率：50 Hz - 24000 Hz；
z 适用于微震拾震器以及力平衡、宽带或压电加速度传感器 z 连续记录或触发记录 z 多逻辑通道
z 一对电缆上最多布置10个
z 远程数据传输到处理中心（RS485、 RS232或FSK端口） z 手持LCD显示状态信息——可选
z 内置校准功能（压电加速度传感器除外）
通讯、网络及GPS时间协调系统
通过调制解调器、同步通讯电缆，把每个微震检震与数据采集单元、数据中心连成一体。
图3、RS485调制解调器
微震数据控制器是系统设备，用于连续地采集、处理及分析微震或非微震监测数据，并把这些数据储存在局域网中的计算机上。
图4、微震系统控制器
GPS授时单元使整个系统同步于GPS时间，大大提高了微震事件定位精度
图5、GPS授时单元
ISS 软件系统
ISS 软件系统包括：实时控制系统(RTS)，JMTS微震数据处理软件，以及JDI数据显示软件。
RTS实时控制系统软件安装于微震控制器上或者手提电脑上。包含多个管理逻辑联系软件模块，以控制通讯系统的各个子系统。GPS时间控制器用于将整个系统协调到统一的GPS时间系统。RTS
地址：北京车公庄西路19号华通大厦A座505。邮编：100044 电话：010-6848 6065，010-6848 3334。传真：010-6848 3335。
3
岩体工程稳定性的微震监测技术 起到系统的接口作用，执行数据采集功能并进行在线错误诊断。系统状态监视器为用户提供系统运行状态报告，当系统运行超出正常状态时，软件具有向操作人员提供报警并生成报告。
JMTS微震数据处理软件可在微软视窗或Linux操作系统下对微震数据进行处理，包括：
z 处理由拾震器或加速度传感器获取的单参量或三参量波形谱。 z 自动处理高质量微震事件、事件定位以及确定微震频谱参数。
z 软件具备相位，震源定位，震级计算、频谱参数估计等多参数的相互作用分析功能。 z 软件可图示波形、旋转分量、极坐标图、信号能量、P波和S波波谱以及修正后的位
移谱图。
z 解释软件包。从微震图中提取微震事件参数，包括微震能量，微震矩，幅度，微震时
间等等，用符号、大小和颜色进行显示。以等值线形式描述微震事件的各种参数，很容易确定出微震活动强的区域。
图6、JMTS微震数据处理系统
JDI数据显示软件 是目前国际上最先进的微震数据可视化和分析软件包，其主要功能特性包括：
z 完全三维空间显示；
z 全面的微震事件滤波处理和显示；
z 空间等值面或等值线显示、时间历史数据显示； z 数字化、曲线图、事件的动漫显示； z 里氏震级显示。
图7、微震事件实时显示系统
图8、微震活动的可视化及解释系统
地址：北京车公庄西路19号华通大厦A座505。邮编：100044 电话：010-6848 6065，010-6848 3334。传真：010-6848 3335。
4
岩体工程稳定性的微震监测技术 应用实例 --- 岩体边坡工程
微震监测系统布置：四只拾震器布置成三棱锥形、两只位于半坡腰、两只位于岩体中150m深的钻孔中（如例图1），拾震器间距约为120米。从2002年7月到12月间监测到的微震事件如例图2所示。
例图1，拾震器布置图
例图2、 微震监测事件分布图
边坡上同时进行传统地表位移监测，结果与微震监测结果进行了历时对比。例图3所示为叠加
后的微震监测区域和表面观测区域，阴影区为微震监测控制区域，图中离散点为传统外观监测点，红线包含区域为位移发生区域。例图4为两种技术监测到的累计边坡位移时程线，微震监测技术获取的位移发生时间明显先于外观监测结果给出的时间，微震监测数据提前约45天预报了边坡有失稳的可能。
例图3、微震与地表位移监测系统。
例图4、边坡累计位移时程记录。
地址：北京车公庄西路19号华通大厦A座505。邮编：100044 电话：010-6848 6065，010-6848 3334。传真：010-6848 3335。
5
岩体工程稳定性的微震监测技术
例图5给出了边坡内变形随时间发展的等值线图，以视图的形式清楚、直观地反映了岩体内损伤破坏开展的渐进过程，是当今唯一能够在时、空域内展示岩体破坏力学机理的岩体安全监测技术。
图例5、微震监测技术获取的边坡内岩体变形渐进性破坏过程。
此边坡应用案例成功显示了微震监测系统在岩体边坡稳定监测和灾害预警功能方面的突出优势。
地址：北京车公庄西路19号华通大厦A座505。邮编：100044 电话：010-6848 6065，010-6848 3334。传真：010-6848 3335。
6
因篇幅问题不能全部显示，请点此查看更多更全内容