[發(fā)明專利]一種基于能量的微地震震源自動定位方法

無效

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• 申請日: 2011-11-14
• 公開（公告）號: CN102495425A
• 公開（公告）日: 2012-06-13
• 發(fā)明（設計）人: 王進強;姜福興;繆華祥;王存文
• 申請（專利權(quán)）人: 北京科技大學
• 主分類號: G01V1/28
• 分類號: G01V1/28
• 代理公司: 北京東方匯眾知識產(chǎn)權(quán)代理事務所(普通合伙) 11296
• 代理人: 劉淑芬

技術(shù)領域

本發(fā)明屬于微地震檢測領域，涉及微震監(jiān)測系統(tǒng)中震源定位方法，特別是震源的自動定位方法和提高定位精度的方法。

背景技術(shù)

微震監(jiān)測技術(shù)作為巖體內(nèi)部破裂場的監(jiān)測技術(shù)，具有遠程、三維和實時的特點，在礦山、巖土、水利水電等工程中具有廣闊的應用前景，日益受到人們的重視。而微震監(jiān)測技術(shù)的核心是震源定位，能否進行快速、準確的定位是微震監(jiān)測系統(tǒng)能否發(fā)揮作用的關(guān)鍵。

典型的微震監(jiān)測系統(tǒng)功能可以描述為：首先依據(jù)被檢測區(qū)域空間特點在巖體中布設多組檢波器，檢波器實時采集巖體的震動信息，當有微震事件發(fā)生時，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)識別事件并記錄地震波形文件，后處理系統(tǒng)進行濾波、到時拾取及事件有效性判別，然后依據(jù)到時數(shù)據(jù)及檢波器位置信息構(gòu)成震源求解方程，最后將震源信息以圖形方式進行展示和分析，以便揭示巖體內(nèi)部微破裂規(guī)律。

傳統(tǒng)的震源定位方法主要通過求解各個檢波器理論到時與觀測到時殘差和目標方程來進行震源定位，各種具體方法的區(qū)別在于到時拾取方法、具體的方程形式及方程的優(yōu)化求解方法。快速定位甚至自動定位、提高定位精度一直是人們努力的方向，文獻1（Volker?Oye.?Computers?&?Geosciences.2003,29(7)）采用時窗能量法（計算STA和LTA)進行事件觸發(fā)，基于AIC準則采用AR模型進行到時的自動選取，從而實現(xiàn)自動定位，但該方法對于能量較小的微震事件仍然難以取得很好的到時拾取效果，而且微震事件的震源距很小，很難區(qū)分P波到時和S波到時，而P波速度是S波速度的????????????????????????????????????????????????倍，導致走時計算中產(chǎn)生較大誤差，從而影響定位精度。文獻2（趙仲和.地震地磁觀測與研究.2005,?26(1)）提到Shearer波形相關(guān)方法，其基本思路是通過理論權(quán)函數(shù)與地震記錄波形特征函數(shù)的擬合，按照一定判據(jù)，在(x，y，z，t)四維空間搜索地震的發(fā)震時刻和震源位置，實質(zhì)上屬于一種震源搜索算法(SSA),雖然不用拾取到時，但通過地震波走時方程計算不同地點波形特征函數(shù),并通過比較特征函數(shù)值進行震源定位，通常來說，其精度要低于需要拾取到時的算法，所以不適宜需要高精度定位的采礦工程微震監(jiān)測項目。另外，震源搜素算法是一種計算所有可能震源位置及發(fā)震時刻的枚舉算法，計算量大、精度低。

綜上所述，傳統(tǒng)的基于地震波走時方程的震源定位方法難以實現(xiàn)自動定位，已公布的自動拾取到時的方法或無需直接拾取到時的方法其精度和實用性存在不足，無法滿足微震監(jiān)測高精度自動定位的要求。另外，基于走時方程的定位算法受內(nèi)場定位精度高、外場定位精度低特有規(guī)律的制約，當震源發(fā)生在外場時定位精度低、定位結(jié)果不穩(wěn)定，這也是基于地震波走時方程定位方法難以克服的缺點，而由于受現(xiàn)場檢波器安裝技術(shù)、經(jīng)濟及安全條件的限制，外場定位的情況是難以避免的。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的關(guān)鍵問題是，改變傳統(tǒng)基于地震波走時方程的震源定位算法，解決地震波到時拾取中存在的問題，如人工拾取效率低、偏差大，自動化拾取精度低、適應性差，難以實現(xiàn)自動定位等問題；解決外場定位誤差大、定位結(jié)果不穩(wěn)定，尤其礦山采場工作面定位中高度定位誤差大的問題。采用地震波動力學方法--基于地震波能量衰減方程的震源定位算法，而地震波的能量不需要復雜的計算，采用最大振幅或振幅的平方和等參數(shù)表示能量，根本不需要拾取地震波到時，從而解決了微震震源的自動定位問題；由于地震波的能量與傳播距離直接相關(guān)，克服了外場定位時走時差與傳播距離不敏感的問題，從而提高定位精度和定位結(jié)果的穩(wěn)定性。

本發(fā)明的技術(shù)方案為：

（1）在被檢測區(qū)域布設檢波器，盡量構(gòu)成內(nèi)場定位環(huán)境。保證檢波器與巖體的緊密耦合，準確測量記錄各檢波器位置坐標、敏感度等參數(shù)；

（2）信息采集系統(tǒng)自動識別微震事件，記錄微震事件波形數(shù)據(jù)；

（3）對波形數(shù)據(jù)進行濾波、事件有效性判別及參數(shù)計算，主要參數(shù)包括代表能量的各檢波器位置處地震波最大振幅V_i，代表到時的事件觸發(fā)時間t。由于到時不用于定位計算，只是用來表示地震發(fā)生時間，所以其精度只要求到秒，而用于定位計算的到時精度至少到毫秒。直接使用精確到秒的事件觸發(fā)時間作為發(fā)震時間也是工程實踐中的通常做法。

（4）設置能量衰減參數(shù)

基于地震波運動學震源定位的關(guān)鍵參數(shù)是能量（速度）的衰減系數(shù)。各檢波器位置處質(zhì)點震動速度理論峰值表示為：