CN104536047A - 一种微地震在冲击地压监测上的应用技术 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种微地震在冲击地压监测上的应用技术，所述的技术具体包括：对冲击地压发生机理的一种解释；微地震信号的收集；通过矩张量反演方法反演应力场；分析地应力的大小、方向，标定冲击地压带。本发明通过研究地应力的演化叠加，可以准确标定冲击地压带；应用矩张量反演，可以将微地震数据与震源机制结合，准确解释地层中震源的破裂形式与能量。这种新技术为研究覆岩空间破裂形态和应力场分布提供了新的手段。
Description
技术领域
本发明涉及微地震监测技术领域，特别是涉及一种微地震在冲击地压监测上的应用技术。
背景技术
微地震是一种小型的地震，在地下矿井深部开采过程中发生岩石破裂和地震活动，常常是不可避免的现象。由开采诱发的地震活动，通常定义为，在开采坑道附近的岩体内因应力场变化导致岩石破坏而引起的那些地震事件。开采坑道周围的总的应力状态，是开采引起的附加应力和岩体内的环境应力的总和。
岩爆是岩石猛烈的破裂，造成开采坑道的破坏，只有那些能够引起矿区附近的地区都受到破坏的地震事件才叫做冲击地压或岩爆。对地下开采诱发的地震活动性的研究表明，矿震不一定全都发生在开采的地点，且不同地区的最大震级也不相同，但矿震深度一般对应于开采挖掘的深度。在由开采引起的地震事件的大的系列里，冲击地压是其中的一个分支。
微地震监测可以提供实测的地应力检测，而非模拟数值。通过研究地应力的演化叠加，可以准确标定冲击地压带。应用矩张量反演，可以将微地震数据与震源机制结合，准确解释地层中震源的破裂形式与能量。微地震监测还可以提供三维的完整覆盖。这种新技术为研究覆岩空间破裂形态和应力场分布提供了新的手段。
发明内容
本发明提供了一种微地震在冲击地压监测上的应用技术。通过矩张量反演地应力，可以将微地震数据与震源机制结合，准确的解释地层中震源的破裂形式；通过研究分析地应力的演化叠加，可以准确标定冲击地压带。
本发明可以通过如下技术措施来实现：
对冲击地压发生机理的一种解释；
微地震信号的收集；
通过矩张量反演方法反演应力场；
分析地应力的大小、方向，标定冲击地压带。
对冲击地压发生机理的一种解释为：根据库伦-摩尔破裂准则，如果用摩尔圆表示的应力状态达到了库伦-摩尔条件，那么剪切破坏就会发生，也就发生了冲击地压。
微地震信号的收集是通过在震源附近布置检波器，以此来获取震源的相关信息。
通过矩张量反演方法反演应力场包括利用6个独立的力对来描述震源的断裂方式，其中每一种震源机制（断裂的方式）可以是一个或多个矩张量成分的叠加。
分析地应力的大小、方向，标定冲击地压带是通过微地震速度反演与矩张量反演技术来分析地应力分布演化规律，由此来标定冲击地压带。
本发明的有益效果在于：通过研究地应力的演化叠加，可以准确标定冲击地压带；应用矩张量反演，可以将微地震数据与震源机制结合，准确解释地层中震源的破裂形式与能量；微地震监测还可以提供三维的完整覆盖。这种新技术为研究覆岩空间破裂形态和应力场分布提供了新的手段。
下面通过实施例并配合附图，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
上述仅是本发明技术方案的概述，为了更清楚的介绍本发明，以下结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的详述。
图1为本发明一种微地震在冲击地压监测上的应用技术的技术路线图。
图2为解释冲击地压发生机理的摩尔圆表示的应力状态图。
图3为矩张量反演方法中矩张量的概述图。
图4为矩张量反演方法中具体模型化的矩张量表示图。
图5为一个反演地应力图的图例。
具体实施方式
本发明是一种微地震在冲击地压监测上的应用技术。请参阅图1所示，其技术路线包括如下步骤。
第一步，具体介绍对冲击地压发生机理的一种解释。请参阅图2所示的摩尔圆表示的应力状态图，根据库伦-摩尔破裂准则，如果用摩尔圆表示的应力状态达到了库伦-摩尔条件，那么剪切破坏就会发生，也就发生了冲击地压。煤层解析气的出现提高了空隙压力，使得有效应力减少，摩尔圆向左移动（如图2(b)所示）。
第二步，微地震信号的收集是通过在震源附近布置检波器，在微地震记录上拾取P波和S波初至的幅度，以此来获取震源的相关信息。
第三步，请配合参阅图3和图4所示，通过矩张量反演方法反演应力场。
首先是对矩张量的解释：矩张量是对发生地震的震源的等效表示；利用6个独立的力对来描述震源的断裂方式。通过矩张量，我们可以知道震源的震动方式和断裂方式。特别的，通过张量的叠加，可以判断地应力的大小和方向，从而判断应力集中带。
接下来说明矩张量反演方法，通过速度模型计算格林函数；在微地震记录上拾取P波和S波初至的幅度；利用至少6个仪器的P波初至幅度来反演矩张量；特别的，单个事件具有较大的不确定性，不能完全表示区域的应力场，因此我们需要使用一组矩张量来减小单个事件的不确定性。通过一组微地震事件的矩张量，假设发生区域的应力场不变，且微地震的滑动方向是沿着最大剪切应力的方向，我们可以利用网格搜索找出最佳符合所有微地震事件的应力场数值。反演的结果是三个主应力的方向以及一个应力大小的比值。
；其中、、表示三个主应力。
第四步，分析地应力的大小、方向，标定冲击地压带。请参阅图5所示，其中图5(C)中的条状图形表示水平主应力的方向，图5(D)表示的是水平主应力方向的不确定性。总的来说，通过结合上述第三步的矩张量反演方法来分析地应力分布演化规律，由此来标定冲击地压带。
Claims (5)
1.一种微地震在冲击地压监测上的应用技术，其特征是，所述的技术具体包括：
对冲击地压发生机理的一种解释；
微地震信号的收集；
通过矩张量反演方法反演应力场；
分析地应力的大小、方向，标定冲击地压带。
2.根据权利要求1所述的一种微地震在冲击地压监测上的应用技术，其特征在于：对冲击地压发生机理的一种解释为：根据库伦-摩尔破裂准则，如果用摩尔圆表示的应力状态达到了库伦-摩尔条件，那么剪切破坏就会发生，也就发生了冲击地压。
3.根据权利要求1所述的一种微地震在冲击地压监测上的应用技术，其特征在于：微地震信号的收集是通过在震源附近布置检波器，以此来获取震源的相关信息。
4.根据权利要求1所述的一种微地震在冲击地压监测上的应用技术，其特征在于：通过矩张量反演方法反演应力场包括利用6个独立的力对来描述震源的断裂方式，其中每一种震源机制（断裂的方式）可以是一个或多个矩张量成分的叠加。
5.根据权利要求1所述的一种微地震在冲击地压监测上的应用技术，其特征在于：分析地应力的大小、方向，标定冲击地压带是通过微地震速度反演与矩张量反演技术来分析地应力分布演化规律，由此来标定冲击地压带。
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