[发明专利]一种基于能量的微地震震源自动定位方法

说明书

技术领域

本发明属于微地震检测领域，涉及微震监测系统中震源定位方法，特别是震源的自动定位方法和提高定位精度的方法。

背景技术

微震监测技术作为岩体内部破裂场的监测技术，具有远程、三维和实时的特点，在矿山、岩土、水利水电等工程中具有广阔的应用前景，日益受到人们的重视。而微震监测技术的核心是震源定位，能否进行快速、准确的定位是微震监测系统能否发挥作用的关键。

典型的微震监测系统功能可以描述为：首先依据被检测区域空间特点在岩体中布设多组检波器，检波器实时采集岩体的震动信息，当有微震事件发生时，数据采集系统识别事件并记录地震波形文件，后处理系统进行滤波、到时拾取及事件有效性判别，然后依据到时数据及检波器位置信息构成震源求解方程，最后将震源信息以图形方式进行展示和分析，以便揭示岩体内部微破裂规律。

传统的震源定位方法主要通过求解各个检波器理论到时与观测到时残差和目标方程来进行震源定位，各种具体方法的区别在于到时拾取方法、具体的方程形式及方程的优化求解方法。快速定位甚至自动定位、提高定位精度一直是人们努力的方向，文献1（Volker Oye. Computers & Geosciences.2003,29(7)）采用时窗能量法（计算STA和LTA)进行事件触发，基于AIC准则采用AR模型进行到时的自动选取，从而实现自动定位，但该方法对于能量较小的微震事件仍然难以取得很好的到时拾取效果，而且微震事件的震源距很小，很难区分P波到时和S波到时，而P波速度是S波速度的                                                倍，导致走时计算中产生较大误差，从而影响定位精度。文献2（赵仲和.地震地磁观测与研究.2005, 26(1)）提到Shearer波形相关方法，其基本思路是通过理论权函数与地震记录波形特征函数的拟合，按照一定判据，在(x，y，z，t)四维空间搜索地震的发震时刻和震源位置，实质上属于一种震源搜索算法(SSA),虽然不用拾取到时，但通过地震波走时方程计算不同地点波形特征函数,并通过比较特征函数值进行震源定位，通常来说，其精度要低于需要拾取到时的算法，所以不适宜需要高精度定位的采矿工程微震监测项目。另外，震源搜素算法是一种计算所有可能震源位置及发震时刻的枚举算法，计算量大、精度低。

综上所述，传统的基于地震波走时方程的震源定位方法难以实现自动定位，已公布的自动拾取到时的方法或无需直接拾取到时的方法其精度和实用性存在不足，无法满足微震监测高精度自动定位的要求。另外，基于走时方程的定位算法受内场定位精度高、外场定位精度低特有规律的制约，当震源发生在外场时定位精度低、定位结果不稳定，这也是基于地震波走时方程定位方法难以克服的缺点，而由于受现场检波器安装技术、经济及安全条件的限制，外场定位的情况是难以避免的。

发明内容

本发明所要解决的关键问题是，改变传统基于地震波走时方程的震源定位算法，解决地震波到时拾取中存在的问题，如人工拾取效率低、偏差大，自动化拾取精度低、适应性差，难以实现自动定位等问题；解决外场定位误差大、定位结果不稳定，尤其矿山采场工作面定位中高度定位误差大的问题。采用地震波动力学方法--基于地震波能量衰减方程的震源定位算法，而地震波的能量不需要复杂的计算，采用最大振幅或振幅的平方和等参数表示能量，根本不需要拾取地震波到时，从而解决了微震震源的自动定位问题；由于地震波的能量与传播距离直接相关，克服了外场定位时走时差与传播距离不敏感的问题，从而提高定位精度和定位结果的稳定性。

本发明的技术方案为：

（1）在被检测区域布设检波器，尽量构成内场定位环境。保证检波器与岩体的紧密耦合，准确测量记录各检波器位置坐标、敏感度等参数；

（2）信息采集系统自动识别微震事件，记录微震事件波形数据；

（3）对波形数据进行滤波、事件有效性判别及参数计算，主要参数包括代表能量的各检波器位置处地震波最大振幅V_i，代表到时的事件触发时间t。由于到时不用于定位计算，只是用来表示地震发生时间，所以其精度只要求到秒，而用于定位计算的到时精度至少到毫秒。直接使用精确到秒的事件触发时间作为发震时间也是工程实践中的通常做法。

（4）设置能量衰减参数

基于地震波运动学震源定位的关键参数是能量（速度）的衰减系数。各检波器位置处质点震动速度理论峰值表示为：