[发明专利]具有复杂速度分布的区域岩体微震震源定位方法

说明书

技术领域

本发明属于岩土工程领域，涉及具有复杂速度分布的区域岩体微震震源定位方法，特别涉及基于二阶多模板快速行进法的区域岩体微震震源定位方法。

背景技术

微震监测技术是通过布置在区域岩体中的传感器来采集岩体微破裂信号，然后分析圈定岩体损伤区域，为区域岩体稳定性评价提供有效依据。目前微震监测技术已广泛应用于矿山开采、石油开采以及水利水电等领域中。

快速精准的微震震源定位方法是微震监测技术有效地发挥预测预警作用的基础。微震震源定位属于地球物理反演问题，通过各传感器接收到一次微震震相到时来反演微震发生的时刻及空间位置。传统的微震定位方法主要包括几何定位法、相对定位法、空间域定位法、线性定位法和非线性定位法，其中以非线性定位法的应用最为广泛。非线性定位法的一般步骤是：计算假定震源到各传感器的微震应力波传播时间(走时)，然后通过不断迭代、试算不同假定震源，选择使得计算走时值与观测值残差最小的假定震源作为定位结果。

现有的非线性定位法是在将微震监测区域的岩体简化为岩体波速单一且均匀的基础上进行微震震源定位的，对于单一速度模型，第i个传感器接收P波初至时刻t_i与震源参数(x₀， y₀，z₀，t₀)之间的关系由式(1)表述：

式(1)中：Δt_i为初至走时；(x_i，y_i，z_i)为第i个传感器空间坐标，m是监测区域内接收到P波的传感器数量；V为监测区域的P波波速。

理论上，微震事件发生时刻与走时之和t₀+Δt_i应同t_i相等，即：

ξ_i＝t_i-(Δt_i+t₀)＝0 (2)

但在实际工程应用中，由于受到监测仪器及人为因素的影响，微震信号起跳时刻的拾取存在误差，则ξ_i值不为零。在这样的情况下，通常采用非线性优化工具进行最优化求解来逼近震源参数真值，非线性优化目标函数形式如下：

对于监测范围不大、岩性较均匀的区域岩体，单一速度假设是合理的，它既能保证定位精度，又利于定位算法的快速稳定实现。但是，在许多的实际工程中，特别是具有复杂速度分布的区域岩体，微震监测的区域岩体波速值并非处处相同，岩体波速情况分布复杂，加之地质构造以及人工开挖的影响，区域岩体更多地呈层状或块状速度分区特征，在大型地下工程中，还存在一定体积的空洞区域。若采用现有的非线性定位法在单一速度模型的基础上对这类具有复杂速度分布的区域岩体进行微震震源定位，将会产生较大的误差，震源定位的精度必然会受到限制。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供具有复杂速度分布的区域岩体微震震源定位方法，以提高微震震源的定位精度，促进微震监测技术在工程实践中更好地发挥预测预警作用。

本发明提供的具有复杂速度分布的区域岩体微震震源定位方法，步骤如下：

①根据实际监测需求，圈定待进行微震震源定位的监测区域，该监测区域呈长方体形状，其长度、宽度、高度分别为A米、B米、C米，在所述监测区域中建立三维直角坐标系并将所述监测区域沿其长度、宽度、高度方向划分为间距为d米的三维网格，对所述三维网格的各节点进行编号并记录各节点的空间坐标，编号方法如下：

以所述监测区域的长度方向为行、宽度方向为列、高度方向为层，将位于监测区域某一角点处的节点定义为位于第1行、第1列、第1层的节点，将该节点编号为(1,1,1)并记录该节点的空间坐标，以该节点为基准，按照各节点所处的行、列、层进行编号，位于第l行、第m列、第n层的节点的编号为(l,m,n)，将编号为(l,m,n)的节点的空间坐标记作(L,M,N)；

②在所述监测区域安装至少4个传感器，各传感器形成空间网状结构分布，测量各传感器的空间坐标并记录，将第i个传感器的空间坐标记作(x_i,y_i,z_i)，将第i个传感器划分到与该传感器位置最接近的三维网格节点上，记录第i个传感器所在节点的编号；