[发明专利]一种微震大震级事件的三指标联合预警方法

说明书

技术领域

本发明属于微震监测预警技术领域，涉及一种微震大震级事件的多参量预警方法。

背景技术

近年来，随着我国矿山开采深度的逐年增加，矿区岩爆、矿震、垮塌等岩体灾害越来越严重，但是对其进行预警一直是一个世界性难题，许多矿山都引入了微震监测系统，其效果也差强人意。据统计，绝大多数岩体灾害事故都伴随着微震大震级事件，因此，可以通过预警微震大震级事件来对矿山岩体灾害进行预警，但是目前尚无对微震大震级事件进行预警的方法。

因此，有必要设计一种微震大震级事件预警方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术的不足，提供一种微震大震级事件的三指标联合预警方法，计算简便、适用性强、准确性高。

本发明的技术解决方案如下：

一种微震大震级事件的三指标联合预警方法，包括如下步骤：

步骤一：在目标区域安装微震监测系统；利用微震监测系统采集微震时间、振幅和频率并自动计算目标区域震源微震活动的时间、频次、能量和矩震级；

步骤二：每隔一段时间，统计设定时间窗口内目标区域震源微震活动的CBS值、b值和H指数(Hurst指数)；

其中，CBS值表示目标区域震源微震活动的累积贝尼奥夫应变，等于一个时间窗口内贝尼奥夫应变值的和；大部分地震前，累积贝尼奥夫应变释放速率增加(即CBS值增大)，因此可以将累积贝尼奥夫应变作为微震大震级事件预警指标；

微震活动的b值为表征地震事件相对矩震级分布的常数；当b值先增后减时，表示可能会有微震大震级事件发生；

微震活动的H指数通过对设定时间窗口内目标区域震源微震活动时间序列T(t)进行R/S分析获得；

H指数是由Hurst首先提出的一种时间序列分析方法，被广泛用于分形研究，由于微震活动在许多方面表现出自相似的分形特性，大量微震事件数据分析发现大震级事件前H指数大于0.5，故将H指数应用于微震大震级事件预警；

步骤三：分析目标区域震源微震活动的CBS值、b值和H指数的变化趋势；然后将微震活动的CBS值、b值、H指数的变化趋势按以下逻辑取值：CBS值增加记为1，其它情况记为0；b值先增后减记为1，其它情况记为0；H值大于0.5记为1，其它情况记为0，如表1所示；

表1微震大震级事件预警逻辑表

最后，将CBS值、b值、H指数的变化趋势取值记为一个三位数，并根据得到的三位数进行判断，当且仅当此三位数为111时预警微震大震级事件。

所述步骤二中，贝尼奥夫应变值BS由以下矩震级M的经验公式计算得到：

累积贝尼奥夫应变(CBS值)等于一个时间窗口内贝尼奥夫应变值的和，CBS＝∑BS。

所述步骤二中，微震活动的b值通过以下B.Gutenberg与C.F.Richter的统计关系式和最小二乘法计算：

lgn(M)＝a-bM

其中，M为地震矩震级；n(M)为目标区域在设定时间窗口内发生的矩震级在区间(M±ΔM)内的地震的次数；a为常数，用于表征设定时间窗口内目标区域地震活动水平；

改变地震矩震级M的值，在平面直角坐标系中获得点(M,lgn(M))，再利用最小二乘法计算得到b值。

所述步骤二中，微震活动的H指数的计算过程如下：

记录一组设定时间窗口内目标区域震源微震活动时间序列T(t)，计算相邻的两个震源微震活动时间间隔，得到新的时间序列ξ(t)：

ξ(t)＝T(t+1)-T(t)t＝1,2,3,…,n

将序列ξ(t)按照划分为标度长度为X的个子序列；对于第m个子序列，记ξ(t,m)(t＝1,2,3,…,X；m＝1,2,3,…,Y)为其第t个样本元素，记为其均值，记R_m为其极差，记S_m为其标准差；记标度长度为X的重标极差为(R/S)_X；按以下公式依次计算R_m、S_m和(R/S)_X：

Hurst在分析极差与标准差之比(R/S)_N与标度尺度N的统计规律时发现有如下关系式：

(R/S)_X＝(αX)^H

其中，α为统计常数，H为Hurst指数。上式取对数得到标度长度为X时的H指数：