[发明专利]基于矩张量反演的采场微震震源机制求解方法

说明书

本发明涉及一种基于矩张量反演的采场微震震源机制求解方法，利用本发明方法进行程序开发，编制震源机制求解器，通过输入P波初动振幅、震源定位点坐标及传感器坐标直接进行矩张量求解，进而计算出震源破裂类型、破裂倾角、裂纹运动方向、破裂走向及相对裂缝体积等震源参数，并绘制震源机制的矩张量沙滩球图，实现结果可视化。本发明方法，在确定震源定位坐标、传感器位置以及P波初动振幅的条件下即可进行计算，能够方便且准确的对震源破裂类型进行判别，方便快捷的进行震源参数求解，绘制震源机制沙滩球，求解结果准确且直观。

技术领域

本发明涉及一种震源机制求解方法，具体涉及一种基于矩张量反演的采场微震震源机制求解方法。

背景技术

由于煤炭资源的需求量随着经济的发展逐年增加，导致部分地区浅部煤炭资源走向枯竭，因此矿山的开采深度也由浅入深。随着开采的深度逐渐增加，意味着将会面临更为复杂的开采作业环境，在复杂环境下更易诱发如冲击地压、顶板滑移失稳、地表塌陷等矿震灾害。其中冲击地压是破坏性矿震，它是一种动力现象，是由于弹性能在释放瞬间，导致了井巷或开采工作面周围的煤岩体突然剧烈破坏产生的，常常会伴有煤岩体的抛出、巨大响声以及较大气浪等，由此可知冲击地压灾害具有较强的破坏性，一旦发生会造成严重的人员伤亡和经济损失，因此针对冲击地压预警防治问题的研究显得尤为重要且迫切。

要想实现冲击地压的精准预警防治，首先需要了解其发生的力学机制，即需要对冲击地压震源力学机制展开研究。那么根据冲击地压发生力学机制可以分为：煤体压缩型、顶板断裂型和断层错动型三种不同破坏类型。其次要想建立精准预警防治体系需要根据不同的冲击地压类型进行针对性的研究，才能最终实现经济有效的减轻冲击地压灾害对于人员和经济的影响。在由于冲击地压事故引起的煤岩体变形破坏过程中，均会伴随着微震事件发生，因此通过微震监测技术对拾取到的微震事件进行分析，可以对冲击地压类型进行判别，如微震震源定位、微震主频特征及波形时域特征等，但以上这些指标主要是依赖于经验对冲击地压进行判别，而无法定量化。

矩张量是一种震源力学机制反演方法，它是以微震技术为基础，选取矩张量方法作为理论依据，假定传播介质为各项同性的均匀介质，消除掉格林函数计算误差的影响，对其进行简化后，仅需在确定震源定位坐标、传感器位置以及P波初动振幅的条件下即可进行矩张量反演计算，得到真实可靠的矩张量解，进而实现定量判别震源破裂类型以及震源参数的求解，对进一步建立冲击地压灾害精准预测预报体系具有重要的实际意义。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种基于矩张量反演的采场微震震源机制求解方法。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

基于矩张量反演的采场微震震源机制求解方法，具体步骤如下：

(1)利用震源定位点坐标、传感器探头坐标及P波初动振幅进行矩张量求解：

根据弹性波动力学理论，P波远场位移U由格林函数矩阵和矩张量来表示：

U＝GM*δ(t) (1)

式中：G为弹性动力学格林函数矩阵，M为震源矩张量，δ(t)为震源时间函数；

通过引入反射系数Re，并引入脉冲函数从而忽略时间函数δ(t)，得到在半无限空间条件下，通过SIGMA法简化的P波初动振幅Z(x)的表达式：

其中，C为传感器校正系数；R为震源距，表示震源和传感器探头之间距离；γ₁、γ₂、γ₃表示震源和传感器探头之间的方向余弦；M_ij表示矩张量的各个元素；Re为界面的反射系数，表达式如下：