[发明专利]基于数据场势值的震源定位方法、系统及可读存储介质

说明书

本发明公开了一种基于数据场势值的震源定位方法、系统及可读存储介质，该方法首先进行微震信号去噪；再用自动和人工相结合拾取P波初至；采用Bootstrap方法采样，得到多个P波初至子数据集；进而采用双差法和数据场势值获取微震事件初定位结果；利用初定位结果计算震源到传感器的理论传播时间，去除P波初至大误差拾取信号；以去除大误差拾取的P波初至作为新的数据，开展Bootstrap采样和数据场势值定位得到最终的震源位置。该方法可去除微震信号高频和工频噪音，提高了信噪比，使得自动方法拾取的P波初至更准确；基于数据场势值得到定位密度较大的点，能够降低初始迭代中心的影响，从而使微震定位结果更为稳定。

技术领域

本发明属于微震监测领域，尤其是涉及一种基于数据场势值的震源定位方法、系统及可读存储介质。

背景技术

微震监测技术作为一种在岩土工程，尤其是采矿工程和隧道工程中广泛应用的地球物理技术，其通过布设传感器接收断层滑移产生的微震信号，进而分析微震发生位置、震级和能量变化等特征，从而推断岩体的力学状态，并采取有效的防控措施。其中，微震定位可以确定岩体的破裂位置，是后续震级计算、震源机制反演和风险分析的基础，因此高精度震源定位至关重要。

目前微震信号降噪主要基于低通滤波、小波阀值去噪和经验模态分解(EMD)去噪。低通滤波只能滤除特定频率的噪音；小波分析如何选取小波基和分解尺度是应用中的难题，且其将信号按尺度固定频段分解，每一频段只与信号的采样频率有关，而与信号本身信息无关，很容易受到信号中相邻谐波成分的交叠影响。EMD存在频率混淆、端点效应明显等问题，降低了信号的保真度。

微震定位主要借助传感器间P波理论到时差与监测到时差或P波理论传播时间与传感器监测传播时间来确定震源位置，其都是基于P波初至时间或P波相对到时差。国内外提出了长短时窗平均值比法(STA/LTA法)、池赤准则法(AIC法)和高阶统计量法(PAI-S/K法)、分形维数法和神经网络法等用于P波初至拾取，上述方法均以P波起振点作为P波初至时刻，然而其可能受传播而衰减掉，即拾取到的P波初至时刻并非真实的P波初至时刻。有鉴于此，一些研究采用互相关法拾取P波相对到时，而非起振时刻，其在天然地震领域取得了较好了效果。然而，矿山微震信号传播距离较近，尾波非常复杂，难以使用互相关法拾取P波相对到时差。此外，由于噪音、相邻事件信号错误划分等原因，P波初至本身可能存在大误差。

微震定位大多采用到时差的L1和L2范数来定义目标函数，但传统的L1和L2范数定位易受大拾取误差影响，导致定位结果不太稳定。为解决上述问题，许多学者提出了很多新的微震定位方法。董陇军等(2019)就深部复杂采场中波速传播、信号采集等问题做了研究，提出了一种能够提高微震事件定位精度的方法，该方法是基于理论分析和迭代求解的协同定位方法。李夕兵等(2016)提出了一种虚拟场优化方法，该方法利用三维空间中站台确定的双曲面公共交点来定位，其采用了指数衰减函数来降低大拾取误差引起的震源定位不稳定的问题。

发明内容

本发明提出了一种基于数据场势值的震源定位方法、系统及可读存储介质，该方法针对现有P波初至拾取方法不稳定，提出自动与人工相结合拾取P波初至时刻，可有效提高拾取精度且保证较快的数据处理速度。从P波到时数据中有放回抽样展开定位，降低大误差拾取的影响。基于数据场势值得到定位密度较大的点，够降低初始迭代中心的影响，从而使微震定位结果更为稳定。此外，初定位后可去除大误差拾取信号，进而开展高精度定位。

一种基于数据场势值的微震信号大误差拾取去除及震源定位方法，包括以下步骤：

步骤1：对微震信号的高频噪音和工频噪音进行去噪；

步骤2：对高信噪比和低信噪比的去噪后的微震信号，分别采用自动和人工拾取P波初至时刻；

步骤3：采用Bootstrap法对微震数据集S₁,S₂,…,S_n进行采样，得到多个P波初至子数据集；