CN102096093A - 一种利用微震点作为震源计算矿区地震波传播速度的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用微震点作为震源计算矿区地震波传播速度的方法，包括如下步骤：根据多个预定传感器测得的微震点产生的地震波时间确定微震点的坐标估计值；根据微震点的坐标估计值及所述预定传感器所在的速度层确定该微震点所产生的地震波至该预定传感器的所有可能传播路径；选取所有的可能传播路径中地震波传播时间与该预定传感器测得的地震波时间的差值符合预定范围的可能传播路径为固定传播路径；根据上述确定的固定传播路径及该固定传播路径上的三维连续速度方块的初始值计算出地震波的传播速度。

Description

一种利用微震点作为震源计算矿区地震波传播速度的方法

技术领域

本发明涉及一种计算地震波传播速度的计算方法，尤其涉及一种利用微震点作为震源计算矿区地震波传播速度的方法。

背景技术

地震波的传播速度是反应岩石应力状态的最有效的现场指标之一。

矿区局部岩石的地震波传播速度随着应力的增加而增加。当应力超过岩石的承受能力时，岩石会迅速破坏，破坏后的岩石会使地震波的传播速度迅速降低。更重要的是，地震波的传播速度也是反应岩石物理状态的有效指标。如岩石中充满瓦斯或水时不但会大大降低地震波的传播速度而者会影响地震波的传播特征。所以，在开采矿区来说，异常低的地震波传播速度应与瓦斯或水的突出源区有关，而高的地震波传播速度则与岩石的应力集中有关。了解和掌握地震波传播速度的分布，对预警、预报矿山灾害，避免灾害发生时带来的人员、财产损失有重大帮助。

目前，国内外确定岩石地震波传播速度的方法主要是勘探的方法，即在矿区的一处放炮而在另一处接受其产生的信号，然后根据接受到的时间长短来计算两处之间的岩石传播速度。这种方法需要事先布置勘探设备，在生产矿井中，布置勘探设备不仅受到空间的限制，而且需要及停工停产，这对矿山开采过程中非常不实用。更重要的是，它不能用于实时监测。所以，尽管地震波的传播速度能有效的提供大量的对矿山安全生产有益的信息，但并不能在现场得到应用。

发明内容

本发明针对现有技术的弊端，提供一种利用微震点作为震源计算矿区地震波传播速度的方法。

本发明所述利用微震点作为震源计算矿区地震波传播速度的方法，首先根据地震波在待测矿区内不同地层中传播速度的不同而将待测矿区的地层划分为不同的速度层，并将不同的速度层之间、顶层速度层的上部、以及底层速度层的下部均设置分隔界面；

以待测矿区内预定点为原点，在每一速度层建立三维连续速度方块，并对所述三维连续速度方块赋予初始值；

将待测矿区的每一分隔界面划分为具有三维空间的连续方格网；

在待测矿区的不同速度层内设置多个预定传感器；

并执行如下步骤：

步骤一，根据多个预定传感器测得的微震点产生的地震波时间确定微震点的坐标估计值；

步骤二，根据微震点的坐标估计值及所述预定传感器所在的速度层确定该微震点所产生的地震波至该预定传感器的所有可能传播路径；

步骤三，选取所有的可能传播路径中地震波传播时间与该预定传感器测得的地震波时间的差值符合预定范围的可能传播路径为固定传播路径；

步骤四，根据上述确定的固定传播路径及该固定传播路径上的三维连续速度方块的初始值计算出地震波的传播速度。

本发明所述利用微震点作为震源计算矿区地震波传播速度的方法的步骤一中，利用三点法确定微震点的坐标估计值。

本发明所述利用微震点作为震源计算矿区地震波传播速度的方法的步骤三中，根据微震点的坐标估计值、地震波的可能传播路径、以及该可能传播路径上的三维连续速度方块的初始值计算出地震波传播时间。

本发明所述利用微震点作为震源计算矿区地震波传播速度的方法的步骤三进一步包括：

若所述差值符合预定范围，则将该可能传播路径确定为固定传播路径，并继续确定其他可能传播路径对应的差值，直至所有可能传播路径均被确定为固定传播路径；

若所述差值不符合预定范围，则返回执行步骤一重新确定微震点的坐标估计值。

本发明所述利用微震点作为震源计算矿区地震波传播速度的方法中，不需要特别制造震源，而是利用矿山开采过程中岩石破坏所产生的微震点作为震源，并以此确定地震波传播速度在矿区矿山开采过程中的动态分布，不再像现有技术中必须停工停产方能进行，大大方便了矿山作业，减少了生产成本，且可大大提高安全性。

附图说明

图1为本发明所述利用微震点作为震源计算矿区地震波传播速度的方法的流程示意图；

图2为本发明所述利用微震点作为震源计算矿区地震波传播速度的方法中将待测矿区进行划分的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

如图1所示，本发明所述的利用微震点作为震源计算矿区地震波传播速度的方法中，首先需要根据地震波在待测矿区内不同地层中传播速度的不同而将待测矿区的地层划分为不同的速度层，例如煤层，由于其地震波的传播速度与周围岩层有区别，因此应单独分层。并将不同的速度层之间、顶层的速度层的上部、底层的速度层的下部均设置分隔界面。如图2所示，每个速度层之间由分隔界面隔开，同一分隔界面不能重叠，再将分隔界面由上而下进行编号，例如，从1到n(n为正整数)，这样，整个矿区就由n个分隔界面及n-1个不同速度层组成。

再以待测矿区内的某预定点为原点，在每一速度层建立三维连续速度方块，以使监测区内从任意一点到另一点的所有路径都在其三维连续速度方块内。同时，给每一三维连续速度方块赋予一个初始值。在煤糸地层中，岩石一般为4000米/秒，煤层为2000-3000米/秒。

再将待测矿区的每一分隔界面划分为具有三维空间的连续方格网；以使从该分隔界面相连的两个速度层的任一路径都穿过该分隔界面。

再在待测矿区的不同速度层内设置多个预定传感器；这些预定传感器的位置已经确定，并可将测量得到的信号输出，以备后续使用。

按上述要求准备妥当后，即可执行如下步骤，以计算矿区地震波的传播速度。如图1所示，步骤包括如下：

步骤101，根据多个预定传感器测得的微震点产生的地震波时间确定微震点的坐标估计值。

对于某次发生的微震，可通过多个预定传感器监测到的地震波时间来确定微震发生点的坐标值，此坐标值为估计值，即其精度不高，其主要作用在于利用此坐标估计值为基础来确定后述的地震波可能传播路径。

本步骤中根据多个预定传感器测得的微震点产生的地震波时间确定微震点的坐标估计值的方法很多，例如，采用三点法，即通过三个预定传感器的设置位置和该三个预定传感器测得的地震波时间，推算出微震点的坐标估计值。

步骤102，根据微震点的坐标估计值及所述预定传感器所在的速度层确定该微震点所产生的地震波至该预定传感器的所有可能传播路径。

本步骤中，需结合前述划分的不同速度层及分隔界面、微震点的坐标估计值、以及某个预定传感器的设置位置来确定微震点所产生的地震波到该预定传感器的所有可能的传播路径。

步骤103，选取所有的可能传播路径中地震波传播时间与该预定传感器测得的地震波时间的差值符合预定范围的可能传播路径为固定传播路径。

本步骤的目的在于从所有可能传播路径中选择出符合要求的可能传播路径，并将该可能传播路径设定为固定传播路径。

具体而言，需根据微震点的坐标估计值、地震波的某个可能传播路径、以及在该可能传播路径上的三维连续速度方块的初始值计算出地震波传播时间。在此基础上，将该计算出的地震波传播时间与该预定传感器测得的地震波时间做比较，若二者差值符合预定范围，则该可能传播路径才能被设定为固定传播路径。

进而，继续确定其余的可能传播路径是否也可以被设定为固定传播路径。此继续确定其余的可能传播路径是否可被设定为固定传播路径的方式与前述的确定某个可能传播路径的方式相同，也是根据微震点的坐标估计值、地震波的其他的可能传播路径、以及在该其他的可能传播路径上的三维连续速度方块的初始值计算出地震波传播时间。在此基础上，将该计算出的地震波传播时间与该预定传感器测得的地震波时间做比较，若二者差值符合预定范围，则该其余的可能传播路径才能被设定为固定传播路径。如此进行，直至所有可能传播路径均被确定为固定传播路径。

在现实情况中，并非根据步骤101确定的微震点坐标估计值得到的所有可能传播路径都能被设定为固定传播路径。当前述计算出的地震波传播时间与该预定传感器测得的地震波时间做比较的差值不符合预定范围时，就需要重新调整微震点的坐标估计值，即返回执行步骤一，重新确定微震点的坐标估计值，并在此基础上，继续执行步骤102、步骤103，直至根据该重新设定的微震点的坐标估计值确定的所有可能传播路径均被设定为固定传播路径。

步骤104，根据上述确定的固定传播路径及该固定传播路径上的三维连续速度方块的初始值计算出地震波的传播速度。

本步骤中，地震波的传播路径已经确定，即为固定传播路径，在此固定传播路径上的三维连续速度方块的初始值已知。也就是说，传播路径已经确定，在该传播路径上的每个组成部分内的地震波传播速度已知，则可确定出地震波在整个固定传播路径上的传播速度，也即矿区地震波的传播速度。

本发明所述利用微震点作为震源计算矿区地震波传播速度的方法中，不需要特别制造震源，而是利用矿山开采过程中岩石破坏所产生的微震点作为震源，并以此确定地震波传播速度在矿区矿山开采过程中的动态分布，不再像现有技术中必须停工停产方能进行，不需要在生产井中不知复杂的勘探系统，大大方便了矿山作业，减少了生产成本，且可大大提高安全性。本发明所述方法不仅为准确预报矿山动力灾害提供新的实时可靠指标，而且易于其他基于微震的预警系统整合。

速度层及分隔界面的划分不但简化了计算过程，而且考虑了煤系地层的层状明显、层与层之间界面显著、层内速度变化大的特点，使计算结果更加符合实际情况。

所述确定的固定传播路径则充分考虑了煤层与围岩的变化，特别是瓦斯地层的局部变化，从而提高了计算的可控性和准确性。

本发明中所述方法提高了微震点的定位精度。微震的定位方法大都适用于各向均值的岩层中，对于层状明显的地层，其先决条件不能满足，所以定位精度一直不能满足矿山范围的要求。本发明所述方法可使微震定位精度大大提高，可精确的数米的范围。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (4)

1.一种利用微震点作为震源计算矿区地震波传播速度的方法，其特征在于，

根据地震波在待测矿区内不同地层中传播速度的不同而将待测矿区的地层划分为不同的速度层，并将不同的速度层之间、顶层速度层的上部、以及底层速度层的下部均设置分隔界面；

以待测矿区内预定点为原点，在每一速度层建立三维连续速度方块，并对所述三维连续速度方块赋予初始值；

将待测矿区的每一分隔界面划分为具有三维空间的连续方格网；

在待测矿区的不同速度层内设置多个预定传感器；

并执行如下步骤：

步骤一，根据多个预定传感器测得的微震点产生的地震波时间确定微震点的坐标估计值；

步骤二，根据微震点的坐标估计值及所述预定传感器所在的速度层确定该微震点所产生的地震波至该预定传感器的所有可能传播路径；

步骤三，选取所有的可能传播路径中地震波传播时间与该预定传感器测得的地震波时间的差值符合预定范围的可能传播路径为固定传播路径；

步骤四，根据上述确定的固定传播路径及该固定传播路径上的三维连续速度方块的初始值计算出地震波的传播速度。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤一中，利用三点法确定微震点的坐标估计值。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤三中，根据微震点的坐标估计值、地震波的可能传播路径、以及该可能传播路径上的三维连续速度方块的初始值计算出地震波传播时间。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述步骤三进一步包括：

若所述差值符合预定范围，则将该可能传播路径确定为固定传播路径，并继续确定其他可能传播路径对应的差值，直至所有可能传播路径均被确定为固定传播路径；

若所述差值不符合预定范围，则返回执行步骤一重新确定微震点的坐标估计值。

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