[发明专利]地下不良地质勘测数据采集分析系统及方法

权利要求书

1.一种地下不良地质勘测数据采集分析系统，其特征在于，其包括：

弹性波数据采集系统，其用于在工程现场进行孔内弹性波测试，这样具有主动激发弹性波波场，多深度多地层弹性波信号接收，数模转换和数据记录的功能；

波形处理模块，其对不同深度测点的弹性波数据进行带通滤波、有效波形遴选处理，根据地层钻孔数据，计算各深度波形首波起跳延迟时间，转换得到各深度零起跳延迟波形；

波形图像转换模块，其用于将处理得到的弹性波波形转换为图像，保留地下不良地质体的波形特征，识别地下不良地质体空间位置；运用模糊数学理论，大幅度减少计算机运算资源消耗，输出的文件类型供多种后处理程序使用；

其中：

弹性波数据采集系统包括弹性波发射模块、弹性波数据接收模块、弹性波数据记录模块，其中：

弹性波发射模块与弹性波数据记录模块相连，其用于在钻孔孔口激发弹性波波场，根据需要改变能量强度；

弹性波数据接收模块与弹性波数据记录模块相连，其用于在钻孔内接收多深度多地层的弹性波信号，并实时传输各个传感器接收到的弹性波数据；

弹性波数据记录模块用于对接收到的弹性波数据进行数模转换，并根据预先设定的参数将数据记录到一个硬盘中；

所述波形处理模块包括波形噪音过滤模块、起跳延迟纠偏模块，其中：

波形噪音过滤模块，其对弹性波数据采集系统记录得到的波形进行预处理，过滤地下不良地质勘探工程中常见的噪音，保证数据质量，提高地下不良构造勘探精度；

起跳延迟纠偏模块，其用于计算各深度波形首波起跳延迟时间，转换得到各深度零起跳延迟波形，排列后得到弹性波波形剖面数据，从波形噪音过滤模块接收前处理后的波形，并输入地层条件进行计算和纠偏；其特征在于，所述弹性波发射模块内设有一个高精度加速度传感器，其用于接收弹性波激发点的振动信号，将信号向上传输至数据记录模块，以供推测起跳时间，缩短数据记录时间，减小数据文件所占空间；

所述弹性波数据接收模块采用一种速度型传感器；

所述弹性波数据记录模块包括地震仪、计算机，地震仪将各个类型传感器传输而来的模拟信号进行数模转换，并传输至计算机以供进一步处理记录；计算机接收数字信号，结合弹性波发射模块上传的激发信号来调整数据记录时间，形成数据文件，并保存至相应文件位置；

所述波形噪音过滤模块包括：

带通滤波模块，其用于削弱工程现场各类规律性噪声对数据质量的影响，使用时对高截止频率、低截止频率、窗口镶边长度进行设置，具体参数应依据现场条件以及工程经验调整；

波形纠偏模块，其用于去除带通滤波模块无法修正的高度异常模型；对于传感器不正常工作、地层异常导致的高度异常波形，无法通过带通滤波的方式消除噪音，使用波形纠偏模块逐一处理；首先删除异常波形所在时域的弹性波数据，然后使用插值的方法补充该时域的弹性波数据，对于整列波形异常的，根据相邻测点数据生成修正的波形数据。

2.一种地下不良地质勘测数据采集分析方法，其特征在于，其包括以下步骤：

步骤一，现场数据采集和记录，波形数据以ASCII码明文保存

步骤二，数据的整理和传输，检查数据格式以确保数据处理程序能顺利运行；

步骤三，设置带通滤波器参数，包括高截止频率、低截止频率、窗口镶边长度，参数应根据现场条件和工程经验确定；

步骤四，运行带通滤波器，重新保存波形数据文件，波形数据以ASCII码明文保存；

步骤五，检查波形数据有效性，包括是否保留有效信息以及波形是否失真，数据有效则转步骤六，数据普遍失真则转步骤三；

步骤六，检查是否存在高度异常波形，读取异常波形的传感器道号，起始时间和终止时间；

步骤七，删除高度异常波形；

步骤八，选择波形修正模板，运行波形修正模块；

步骤九，判断高度异常波形是否全部修正，是则转步骤十，不是则转步骤六；

步骤十，读取钻孔地层信息，包括该钻孔所在地各地层深度、厚度、直达波波速；

步骤十一，计算该钻孔个深度测点首波起跳延迟的理论值；

步骤十二，根据水声检波器坐标，对采集到的弹性波波形扣除这一延迟时间，形成零起跳延迟波形；

步骤十三，将处理后的零起跳延迟波形按照深度排列，形成波形排列，重新保存数据文件，以ASCII码明文保存；

步骤十四，读取各道波形振幅最大值，分别把处理得到的波形数据转换为峰值为1的波形，根据测点所处深度形成波形排列；

步骤十五，将该波形排列转换为计算机能够识别的位图图像；

步骤十六，识别地下不良地质体空间位置；

所述步骤十六包括以下步骤：

步骤二十，设置勘测条件，勘测钻孔孔径不应过小，且孔内充满水，钻孔周围地表平整密实；

步骤二十一，检波器设置，采用速度型水声检波器，固有频率为100Hz，检测时需保持检波器和钻孔中水充分耦合；

步骤二十二，设置测量仪器，测量仪器是任何数字地震仪，二十四位模或数转换器和5kHz以上高截频的数字记录仪，各种通用地震仪均可；

步骤二十三，设置激发设备，由重锤和加速度型激发器组合而成；

步骤二十四，波形处理，根据地层钻孔资料，获得该钻孔地层深度、厚度、直达波波速信息，从而计算得到不同深度测点首波起跳延迟的理论值，并根据水声检波器坐标，对采集到的弹性波波形扣除这一延迟时间，形成零起跳延迟波形。