摘  要： 針對(duì)當(dāng)前銀行金庫(kù)監(jiān)控系統(tǒng)存在的不足，提出將微地震技術(shù)應(yīng)用到銀行金庫(kù)監(jiān)控系統(tǒng)中。介紹了微地震監(jiān)測(cè)技術(shù)及定位算法，重點(diǎn)闡述了微地震定位實(shí)驗(yàn)，將定位結(jié)果與實(shí)際震源點(diǎn)位置進(jìn)行比較，證明了將微地震技術(shù)應(yīng)用到銀行金庫(kù)監(jiān)控系統(tǒng)中的可行性。
關(guān)鍵詞： 微地震；監(jiān)測(cè)；銀行；定位

　近幾年，采用地下掘進(jìn)方式進(jìn)行盜竊的案例越來(lái)越多。這類(lèi)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(kù)中采用攝像機(jī)和拾音器進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，當(dāng)攝像機(jī)發(fā)現(xiàn)不明身份的人或拾音器聽(tīng)到異常的聲音時(shí)，將報(bào)警信號(hào)傳送到監(jiān)控主機(jī)，主機(jī)啟動(dòng)聲光報(bào)警裝置可直接接通110專(zhuān)線[2]。而這種系統(tǒng)存在兩種不足：(1)攝像機(jī)觀察范圍和拾音器的拾音范圍相對(duì)較小；(2)拾音器只能采集到異常的聲音信號(hào)，確定不了信號(hào)源的位置。
1 微地震監(jiān)測(cè)技術(shù)
　微地震監(jiān)測(cè)技術(shù)是以聲發(fā)射學(xué)和地震學(xué)為基礎(chǔ)，通過(guò)觀測(cè)分析生產(chǎn)活動(dòng)中所產(chǎn)生的微小地震事件來(lái)監(jiān)測(cè)生產(chǎn)活動(dòng)的影響效果及地下?tīng)顟B(tài)的地球物理技術(shù)。
1.1微地震技術(shù)的應(yīng)用
　地球物理學(xué)研究的不斷發(fā)展和數(shù)字化地震監(jiān)測(cè)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，為研究小范圍內(nèi)信號(hào)微弱的微地震事件提供了技術(shù)支持。國(guó)外的一些公司與大學(xué)合作，對(duì)微地震監(jiān)測(cè)技術(shù)進(jìn)行了一些工程應(yīng)用實(shí)驗(yàn)[3]。這些實(shí)驗(yàn)主要是為了將微地震監(jiān)測(cè)技術(shù)應(yīng)用到地下巖石工程(如地?zé)帷⑺畨褐铝裑4]、水庫(kù)大壩、石油、核廢料處理等)中。
　1997年，美國(guó)科學(xué)家針對(duì)德州東部棉花谷(cotton valley)水壓致裂的情況進(jìn)行了一次微地震成像現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)。該實(shí)驗(yàn)表明微地震成像技術(shù)具有經(jīng)濟(jì)、實(shí)用、分辨率高、監(jiān)測(cè)范圍廣和操作方便等優(yōu)點(diǎn)。
針對(duì)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?zé)岷褪驼T發(fā)微地震的情況，W.Scott Phillips等人進(jìn)行了10 000多次微地震試驗(yàn)，結(jié)果顯示微地震監(jiān)測(cè)技術(shù)能夠較好地分辨破裂模式[5]。
　南非的科學(xué)家在威特沃特斯蘭德地區(qū)和Leeudoom幾個(gè)黃金礦區(qū)采集了300 000個(gè)微地震事件。使用累積震矩和體積內(nèi)斂間的對(duì)應(yīng)關(guān)系對(duì)其進(jìn)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(cè)技術(shù)的一個(gè)主要任務(wù)是確定震源的位置。微地震監(jiān)測(cè)技術(shù)通過(guò)震源點(diǎn)的位置分布和震源機(jī)制(剪切斷裂或張性斷裂)等特征來(lái)預(yù)測(cè)是否將發(fā)生事故。例如：對(duì)澳大利亞Gordonstone煤礦進(jìn)行微地震監(jiān)測(cè)，其導(dǎo)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(huì)延展到煤層頂板上方的含水層[6]。微地震監(jiān)測(cè)還被應(yīng)用到軍事地下工事的探測(cè)，用于測(cè)定軍事車(chē)輛的類(lèi)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(shí)別。采用此法定位時(shí)，假設(shè)巖層是均勻速度模型，P波傳播速度為已知，同時(shí)要在至少四個(gè)以上不同地點(diǎn)布設(shè)監(jiān)測(cè)臺(tái)站(如圖1)[7]。P1、P2、P3、P4為四個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，q點(diǎn)為震源的位置，S1、S2、S3、S4為震源點(diǎn)和監(jiān)測(cè)點(diǎn)之間的距離。

　通過(guò)計(jì)算列出求解震源的方程組為：

　在方程組中，接收到信號(hào)的時(shí)刻ti(i=1，2，3，4)和傳播速度V都是已知的，通過(guò)方程組可以解出震源的起震時(shí)刻t0和震源坐標(biāo)(x0，y0，z0)，即確定了震源的位置。
2 人員敲擊定位實(shí)驗(yàn)
　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(dòng)，通過(guò)比較實(shí)際敲擊點(diǎn)的位置與軟件定位的位置驗(yàn)證將微地震監(jiān)測(cè)技術(shù)應(yīng)用到銀行監(jiān)控系統(tǒng)中的可行性。
　試驗(yàn)使用環(huán)洲HZ-MS48型微地震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，經(jīng)測(cè)定P波在該介質(zhì)中的傳播速度為3 400 m/s。敲擊點(diǎn)實(shí)際位置為(13.5，20.5，0)，敲擊時(shí)間間隔為2～3 s。試驗(yàn)測(cè)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(duì)接收到的波形進(jìn)行定位，得到敲擊點(diǎn)的位置坐標(biāo)為(16，20，0)，如圖3。將軟件定位結(jié)果與敲擊點(diǎn)的實(shí)際位置進(jìn)行比較，見(jiàn)表1。通過(guò)對(duì)比可以看出軟件定位結(jié)果與敲擊點(diǎn)的實(shí)際位置之差最大為2.5 m。因?yàn)樵撥浖ㄎ唤Y(jié)果輸出為整數(shù)，所以定位結(jié)果的實(shí)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(yàn)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(kù)監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)地下掘進(jìn)盜竊分子的需要。以上試驗(yàn)證明了將微地震監(jiān)測(cè)進(jìn)行應(yīng)用到銀行金庫(kù)系統(tǒng)的可行性。

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(lái)主要有以下幾個(gè)方面：
　(1)速度模型產(chǎn)生的誤差。現(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(shí)際情況并非如此，這就導(dǎo)致了波速誤差，從而影響定位效果。
　(2)走時(shí)計(jì)算產(chǎn)生的誤差?，F(xiàn)行的絕大多數(shù)定位算法都是在計(jì)算走時(shí)殘差方差的極小值基礎(chǔ)上進(jìn)行的，走時(shí)誤差直接引起了定位誤差。
　(3)計(jì)算誤差。受地震波反演固有的限制，不充分的觀測(cè)數(shù)據(jù)及觀測(cè)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(shí)常把震源看成是一個(gè)點(diǎn)，但有一些震源有一定的破裂長(zhǎng)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(dāng)能量較小時(shí)，離震源點(diǎn)較近距離的監(jiān)測(cè)臺(tái)站，可以較好地接收到震源點(diǎn)產(chǎn)生的微地震波；而相對(duì)較遠(yuǎn)的監(jiān)測(cè)臺(tái)站，則不能較好地接收到來(lái)自震源點(diǎn)的微地震波，也可能接收到的是非初始破裂點(diǎn)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(cè)技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀及其定位原理，將微地震監(jiān)測(cè)技術(shù)應(yīng)用到銀行金庫(kù)的監(jiān)控系統(tǒng)中。微地震監(jiān)測(cè)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(shí)驗(yàn)的定位結(jié)果進(jìn)一步印證了這種方法的可行性。
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