摘 要:本文提出了一种新的方法,把微地震技术应用到了银行的监控系统中,介绍了微地震监测技术及其研究和应用的现状,指出了当前银行监控系统中存在的不足。阐述了将微地震技术应用到银行金库监控系统中的优点,并且计算出了震源定位算法。
关键词:微地震;监测;监控系统;应用
中图分类号:TP 文献标识码:A
The applied research of the mircoseismic monitoring technology in the monitoring and control system of the bank
Abstract: this paper uses a new way to research the application of the microseismic techniques in the Monitoring and Control System of the bank and introduces the status of the research and application in the microseismic monitoring technology , pointing out the lack of the present bank monitoring system. This paper introduces the advantages that the application of the microseismic techniques in the Monitoring and Control System of the bank and calculate the algorithm of the seismic source location.
Key words: microseismic; monitoring; the monitoring and control system; application
0引言
近几年来,随着地球物理学的进展,特别是数字化地震监测技术的应用,为微地震技术的发展和应用提供了必要的条件。微地震技术主要被应用在地热水压致裂、水库大坝、采矿、石油、军工、核废料处理等方面。微地震技术凭借其监测周期短、费用低、成果可靠,并且可实现三维空间连续、动态监测等特点,被应用到我国的矿山安全监测中。
1微地震监测技术及其研究现状
1.1微地震监测技术
人们在长期的生产、生活实践中发现了声发射现象。它是由于固体物质在外界条件(机械载荷、温度变化等)作用下,其内部将产生局部应力集中区,当这种高能状态向低能状态过渡时,应变能将以弹性波的方式快速释放,即声发射现象[1]。而那些频率在10HZ到300HZ之间的声发射现象,被称作微地震(microseismic),简称微震。微地震监测技术是以声发射学和地震学为基础,通过观测分析生产活动中所产生的微小地震事件来监测生产活动的影响效果及地下状态的地球物理技术。与地震勘探相反,微地震监测中震源的位置、发震时刻、震源强度都是未知的,微地震监测技术的首要任务就是确定这些未知的因素。
1.2微地震研究现状
美国矿业局在20世纪40年代就开始提出应用微地震法来探测给地下矿井造成严重危害的冲击地压,但由于所需仪器价格昂贵且精度不高、监测结果不明显而未能引起人们的足够重视和推广。直到近10年来,地球物理学的进展,特别是数字化地震监测技术的应用,更为小范围内的、信号较微弱的微地震研究提供了必要的技术基础。近期,国外一些公司的研究机构和大学联合,为了验证和开发微地震监测技术在地下岩石工程(如地热水压致裂[2]、水库大坝、石油、核废料处理等)中所具有的巨大潜力,进行了一些重大工程应用实验。
P.Young教授领导的英国KEELE大学应用地震实验室ASL(Applied Seismology Laboratory).
主要从事岩石力学方面的微地震基础应用研究,主要分为3个方向:震源力学、微地震成像及岩石力学。其主要研究目的是:揭示岩石在外界条件(如承载、温度、渗流压力等)变化时裂纹初始结晶、凝聚接合及其扩展的机理,研究岩石宏观损伤、破裂的监测技术。
位于加拿大金斯敦的工程地震组织ESG (Engineering Seismology Group)的主要成员是出自P.Young教授的门下,该组织主要进行工程实际现场应用研究,研究方向为岩石地下工程微地震系统的构建、微地震信号采集、处理及分析,编制的软件可以实时进行微地震事件定位。
澳大利亚联邦科学与工业研究院CSIRO从1992年开始对采矿诱发的微地震现象进行研究。在对昆士兰州的高登斯通矿以及其它几个矿区的微地震活动进行研究后发现,在采煤面连续推进过程中,其周围岩层的微地震活动表现出一种规律化的模式,表明在采矿过程中,其周围岩层的地质缺陷及其断层等会受到采动的影响而被激活,产生相应的运动,这种结构性的运动会影响到整体响应,以至于在远离工作面几百米的地方也会发生微地震活动[3]。
2微地震监测技术的应用
2.1在工程领域的应用
1997年,在美国德州东部的棉花谷(cotton valley)进行了一次全面而深入的水压致裂微地震成像现场实验,以验证微地震成像技术的实用价值。该实验取得了巨大成功,证明微地震成像技术相对于其它技术来讲,分辨率高、覆盖范围广、经济实用及可操作性强,很有发展潜力[4]。
加拿大原子能公司为监测深部开挖引发的大应力集中,防止其造成危害,采用了微地震监测技术,定量评定损伤程度,并监测所存放在地下的放射性核燃料扩散到周围地下水中的可能途径,以防造成污染。
1999年8月-2000年6月,澳大利亚联邦科学与工研究院CISRO在Alpin地区,对采矿引发的微地震进行了布网监测。随着经验的积累和技术手段的提高,初步证明微地震可在现场附近进行观测并能对其进行比较精确的定量研究。微地震研究取得的良好效果,为采矿工作提供了大量有益信息,极大地激发了矿业公司投资进行此类监测及研究的积极性,到目前为止,澳大利亚联邦科学与工研究院CISRO已完成15个矿的微震监测试验,积累了大量的现场经验,为微地震监测工作的广泛开展和进一步研究打下了良好基础。
2.2在军事上的应用
在军事上,微地震监测技术被用来对敌方的地下指挥部、地下军械库、地下工厂和地下坑道等地下工事的探测。微地震监测技术还被用来对军事车辆的运动进行监测、甄别和追踪,例如:(如图1)有三种军事车辆,分别为轻型装甲车、两栖攻击装甲车和牵引车。
轻型装甲车 两栖攻击装甲车 牵引车 微地震监测系统将接收地震声波传感信号,对军事车辆的类别和个数进行逐个辨别(如图2、3、4),此图为微地震监测到的运动车辆产生的波形图,通过对波形的分析可以判断出军事车辆的类型和个数。
7个轻型装甲车
2个两栖攻击装甲车
图4 2个轻型, 1个牵引和 2个两栖攻击装甲车
图2 图3
3当前银行金库监控系统及其存在的不足
近几年,通过地下掘进的方式进行盗窃的案例越来越多。例如:2005年12月12日凌晨,张君、张增战挖地道潜入虫草行库房,盗走库房内虫草约33公斤;2005年8月,巴西一伙盗贼挖了一条80米长的地道,通到巴西中央银行福塔莱萨市分行的金库,盗取了价值约7700万美元的现金;2008年四月意大利“遁地大盗”团伙专挖地道盗窃银行,盗取金额约1亿多欧元。之所以这类盗窃案件屡次发生,主要原因就是现有监控系统存在不足。