摘  要： 針對當(dāng)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(yīng)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(jìn)行比較，證明了將微地震技術(shù)應(yīng)用到銀行金庫監(jiān)控系統(tǒng)中的可行性。
關(guān)鍵詞： 微地震；監(jiān)測；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(jī)和拾音器進(jìn)行實時監(jiān)控，當(dāng)攝像機(jī)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(jī)，主機(jī)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(jī)觀察范圍和拾音器的拾音范圍相對較小；(2)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(xué)和地震學(xué)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(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)測技術(shù)的廣泛應(yīng)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(xué)合作，對微地震監(jiān)測技術(shù)進(jìn)行了一些工程應(yīng)用實驗[3]。這些實驗主要是為了將微地震監(jiān)測技術(shù)應(yīng)用到地下巖石工程(如地?zé)?、水壓致裂[4]、水庫大壩、石油、核廢料處理等)中。
　1997年，美國科學(xué)家針對德州東部棉花谷(cotton valley)水壓致裂的情況進(jìn)行了一次微地震成像現(xiàn)場實驗。該實驗表明微地震成像技術(shù)具有經(jīng)濟(jì)、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?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，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(xué)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(yīng)關(guān)系對其進(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)測技術(shù)的一個主要任務(wù)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(jī)制(剪切斷裂或張性斷裂)等特征來預(yù)測是否將發(fā)生事故。例如：對澳大利亞Gordonstone煤礦進(jìn)行微地震監(jiān)測，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延展到煤層頂板上方的含水層[6]。微地震監(jiān)測還被應(yīng)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。

　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(biāo)(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(yīng)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(jìn)行定位，得到敲擊點的位置坐標(biāo)為(16，20，0)，如圖3。將軟件定位結(jié)果與敲擊點的實際位置進(jìn)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(jìn)盜竊分子的需要。以上試驗證明了將微地震監(jiān)測進(jìn)行應(yīng)用到銀行金庫系統(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(dǎo)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。現(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(jìn)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(dāng)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(yuǎn)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(yīng)用現(xiàn)狀及其定位原理，將微地震監(jiān)測技術(shù)應(yīng)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(jìn)一步印證了這種方法的可行性。
參考文獻(xiàn)
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