中矿澳科提供基于传统地面节点检波器和DAS系统的面向煤矿采空区探测的微动技术服务。
微震探测原理
被动源面波勘探也称为微动勘探法。
在地球表面，无论何时何地都存在一种天然的微弱震动，我们称之为“微动”。微动是一种由体波和面波组成的复杂振动，并且面波能量占信号总能量的70%以上。它源于自然界和人类的各种活动，比如自然界中的风、潮汐、气压变化、火山活动等，这些现象产生的信号主频小于1Hz；人类活动中的车辆移动、工厂机械运行，甚至是人的行走等，这些活动产生的信号主频大于1Hz。
微动观测基本为台阵观测，极少使用单个检波器观测。台阵观测技术主要用于从微动信号中提取面波速度，进而解释推断观测点地下横波速度构造。用此方法求取地下横波速度构造非常经济，成本只为横波反射法的几十分之一，精度不低且无损，误差一般可以控制在10%以内。
我们知道，相对于主动源的震源激发的面波来源方向已知，被动源的震源到来方向通常是随机未知的，所以结合一些计算方法，我们需要将采集排列布置成为二维图形，如圆形、三角嵌套型、L型等，这样采集的数据结果会比一维排列的好很多。
微动探测通常使用的数据处理方法有：空间自相关、扩展空间自相关、频率-波数、折射微动。
微动探测应用场景
微动探测广泛应用于能源勘探（地热或地质构造探测、矿产资源探测（如煤炭、金属矿探测））、 矿业工程（煤矿陷落柱、采空区、断层探测）和土木工程（铁路、地铁工程地质勘察、市政工程岩土层划分、活断层、空洞探测、路基工程填土密实度、水库大坝的溶洞）领域。具体的应用场景包括：
- 地热构造探测：中国广为分布的热水型地热田属于水热型地热资源, 可以追踪断裂构造走向、探测断层产状和破碎带位置进行探测。热干岩型地热资源地热储大, 通常埋深为3~5 km。地热作用下, 岩石的地球物理性质表现为低电阻率、密度降低、磁性减少、弹性波速较少等特征。相比传统物探方法, 微动探测方法在深部探测优势明显。
- 断层探测：在活断层探测与识别中最困难的是隐伏断层勘测，断层或隐伏断裂构造在视横波波度剖面上显示为低速异常近年来, 微动探测逐渐应用于断层或隐伏断层的探测。
- 地层界面探测：不同年代的沉积地层岩性不同, 存在波速差异, 是微动探测地层界面的物理依据。近年来, 微动探测地层界面, 已成为国内外物探新研究热点之一。
- 孤石探测：中国沿海地区广泛分布燕山期花岗岩, 在长期风化工程中, 其他矿物成分风化成残积土, 只有石英矿物不易风化而形成石英角砾残留核, 即孤石。在地铁工程中, 孤石成为盾构施工亟待解决问题。近几年微动探测技术广泛应用于地铁工程探测, 尤其是孤石探测。
- 陷落柱、采空区、溶洞探测：陷落柱、采空区、溶洞三者在微动探测中表现出类似的特征, 在横波二维剖面图中表现出低速区。但三者赋存的地质环境不同, 以及低速区的形态可能存在不同,工程中可结合地质勘察报告进行合理解释, 并通过适当的钻探进行验证。
DAS微动探测技术优势
微动探测通常使用2Hz自然频率的节点检波器，但近些年基于分布式声波传感（DAS）技术的微动探测逐渐增多。DAS微动探测的优势包括：
- 检波点多，观测系统几何可变，光缆易于布设
- 智能勘探，实时获得表征地质分层的面波速度曲线
- 适应环境能力强；无需任何人工震源，安全、快捷、环保
- 勘探深度大，由几米至几百米
煤矿采空区微动探测
煤矿采空区主要是指煤层开采后形成的地下空洞区，由于采空区破坏了地下应力平衡，导致部分采空区上覆地层坍塌并使得地表出现不同程度的沉降，对矿区各类建筑产生永久性破坏，甚至造成人民生命财产损失[。
针对煤田采空区的识别，前人研究出了多种方法，目前国内外常用的方法可分为以下几种：
（1）地震勘探法，以地震反射波法为主，在三维地震数据体的基础上基于地震同相轴形态、属性识别和模型分析等技术手段开展采空区识别工作。
（2）电磁法，多以瞬变电磁法为主，利用采空区与周围介质电阻率、极化率的差异开展采空区识别工作。
（3）井间地震法，井间地震是在井中激发、井中接收的地震探测方法，具有能量传播距离短、探测目标近，以及数据频率高、信噪比高、分辨率高和保真度高等特点，能够实现高精度透射和反射成像。
然而上述三类方法在实际应用中均具有较多局限性。电磁法类技术以瞬变电磁、高密度电法为主，存在体积效应严重、目标体识别精度不高的缺点。该类方法以积水采空区为低阻异常、不积水采空区为高阻异常为判断标准识别煤田采空区，即电法类技术识别采空区的前提是采空区保持一定的空间形态，若遇到被上覆岩层破碎坍塌进而填充的采空区则无法识别。另外，电法类技术抵抗人文电磁干扰的能力较弱，并容易受到金属类设施影响而无法实现勘察目的。煤田矿区地表及地下存在较多的大型用电机械、电缆和大型的各类金属制造的生产机器及配件，对电法类物探技术的测线布置、数据采集和数据处理、解释产生较大的干扰。地震类方法存在施工成本过高，且无法识别采空区内充填介质的缺点。井间地震法则严重受制于场地空间大小、钻孔数量及空间分布，难以大规模推广。因此，采空区探测需要一种勘探深度灵活、快速施工、精度较高且场地适应能力强的物探技术。
微动探测（又称被动源面波探测）是近些年新兴起的一种地球物理方法，采用大地天然微动作为信号源，具有施工灵活、受场地局限小、无损探测、效率较高等施工特点，在工程建设中广泛应用于地层划分、溶洞识别、陷落柱及孤石探测等领域，并取得了明显的效果，表明该技术对地下高速异常体和低速异常体反应敏感，且具有较高的定位精度。目前微动探测技术多应用于地表平坦且勘探深度小于100 m的小型异常地质体识别作业以及勘探深度达到2km甚至更深的大型断层识别和地层划分工作。
黄土塬近地表（50～200 m）煤田采空区探测，通过瑞雷波正演模拟工作，获得煤层和典型采空区频谱及频散曲线特征，通过一系列野外试验，并综合考虑试验区地貌及勘察目标特点确定合适的台阵类型及观测时长，室内资料处理环节则基于空间自相关（Spatial Autocorrelation, SPAC）频谱扫描法筛选并保留信噪比较高的数据段，然后结合采空区地质特征并分析各个测点频谱及频散曲线特征，特别分析正常地质背景下和采空区发育下的测点频谱特征，总结了煤田采空区频谱特征，并且通过遗传算法反演获得了基于横波速度异常的采空区探测结果，通过与三维地震技术、地质资料及钻孔结果相对比，证明该方法对于不同类型的采空区均能进行预测，预测结果与钻井钻遇情况具有很高的吻合度，能够达到对采空区识别精度以及准确率的要求。