[发明专利]一种区域应力场时空变化反演方法

权利要求书

1.一种区域应力场时空变化反演方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤1、设计微地震监测系统，进行地震数据采集；

步骤2、将步骤1采集到的原始数据进行带通滤波和静校正的预处理操作；

步骤3、将预处理后的数据进行微地震定位和震源机制的联合反演，得到微地震事件的空间位置和震源机制；

步骤4、将微地震事件按照发震的时间分为多个时间段，根据不同时间段内微地震事件的空间位置和震源机制反演得到不同时间段的应力分布图；

步骤5、将多个时间段的应力分布图组合起来，得到应力的时空变化。

2.根据权利要求1所述的一种区域应力场时空变化反演方法，其特征在于：所述微地震定位和震源机制的联合反演的过程为：首先将研究区域空间分解为2D或者3D空间网格，每个网格被视为一个虚拟震源，网格空间位置用表示，而该网格点的震源机制用表示，则该虚拟震源对应的叠加能量函数为：

公式1：

式中：

w_j为第j个台站的观测地震波形；

N为观测台站总数；

τ_i为第i个虚拟震源的发震时刻；

t_ij为从第i个虚拟震源点到第j个台站的走时；

a_ij为与第i个虚拟震源和j个台站之间的几何关系以及震源机制相关的振幅权重函数；

该计算过程将原始地震记录转换为每个虚拟震源的叠加道集，然后计算每个叠加道上每个采样点的长短时窗比，计算每一点的“亮度”值R：

执行公式2：R＝STA/LTA

当某个采样点“亮度”R大于自定义的阀值时，即视为一个地震事件；该采样点对应的空间位置和震源机制即为该事件的反演结果，对应的时刻为发震时刻；计算叠加道集所有采样点的“亮度”值R，进而得到所有微地震事件的空间位置和震源机制；

通过联合反演得到的震源机制用走向φ、倾角δ和滑动角λ表示，进一步计算破裂的法向量及滑动矢量公式如下：

公式3：

公式4：

基于破裂的法向量和滑动矢量可以计算最大压应力方向，即P轴：

公式5：

在得到微地震事件的空间位置和震源机制之后，进一步将区域分为不同大小的M个子区域，假定每个子区域内滑动方向和剪切应力方向一致，得到应力张量与滑动向量之间的线性关系，公式如下：

公式6：Gm＝d；

式中矢量m为M个子区域的应力张量的组合，这里假定每个子区域中各向同性分量为0，所以每个子区域只有5个独立的应力分量；

公式7：

数据矢量d由N个事件的滑动矢量组成，公式如下：

公式7：

式中s_Ni为第N个地震事件的滑动矢量的第i个元素；

敏感核矩阵G表示滑动矢量与应力张量之间的联系，其公式如下：

公式9：

公式10：

公式10中n_Ki为公式3计算的第j个子区域中第K个地震的破裂面的法向量的第i个分量；

采用最小二乘方法，求得每个子区域的应力张量，并通过对角化，求得应力张量的特征值，得到各子区域的最大压应力P轴。

3.根据权利要求2所述的一种区域应力场时空变化反演方法，其特征在于：每个子区域的地震数量K可能是不一样的；设地震总数为N，矩阵G的大小为3N×5M，m的大小为5M×1，而d的大小为3N×1。

4.根据权利要求3所述的一种区域应力场时空变化反演方法，其特征在于：为了确保邻近子区域的应力分量具有连续性，可以增加平滑约束。