CN105842735B - 具有复杂速度分布的区域岩体微震震源定位方法 - Google Patents
具有复杂速度分布的区域岩体微震震源定位方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN105842735B CN105842735B CN201610343681.0A CN201610343681A CN105842735B CN 105842735 B CN105842735 B CN 105842735B CN 201610343681 A CN201610343681 A CN 201610343681A CN 105842735 B CN105842735 B CN 105842735B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- node
- sensor
- monitored area
- microseism
- numbering
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 57
- 239000011435 rock Substances 0.000 title claims abstract description 42
- 241000209094 Oryza Species 0.000 claims description 11
- 235000007164 Oryza sativa Nutrition 0.000 claims description 11
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 claims description 11
- 235000009566 rice Nutrition 0.000 claims description 11
- 238000004321 preservation Methods 0.000 claims description 2
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 6
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 4
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 3
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 2
- 239000002360 explosive Substances 0.000 description 2
- 230000004807 localization Effects 0.000 description 2
- 238000005192 partition Methods 0.000 description 2
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 2
- 206010057175 Mass conditions Diseases 0.000 description 1
- 244000018633 Prunus armeniaca Species 0.000 description 1
- 235000009827 Prunus armeniaca Nutrition 0.000 description 1
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 1
- 230000006978 adaptation Effects 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 238000009412 basement excavation Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 1
- 238000005553 drilling Methods 0.000 description 1
- 239000000839 emulsion Substances 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 238000004880 explosion Methods 0.000 description 1
- 230000002068 genetic effect Effects 0.000 description 1
- 239000003999 initiator Substances 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 238000005065 mining Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 239000004576 sand Substances 0.000 description 1
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 1
- 230000009897 systematic effect Effects 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01V—GEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
- G01V1/00—Seismology; Seismic or acoustic prospecting or detecting
- G01V1/28—Processing seismic data, e.g. for interpretation or for event detection
- G01V1/30—Analysis
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01V—GEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
- G01V2210/00—Details of seismic processing or analysis
- G01V2210/60—Analysis
- G01V2210/65—Source localisation, e.g. faults, hypocenters or reservoirs
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Acoustics & Sound (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Geology (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Geophysics (AREA)
- Geophysics And Detection Of Objects (AREA)
Abstract
本发明提供的具有复杂速度分布的区域岩体微震震源定位方法，步骤如下：①圈定监测区域，在其中建立三维直角坐标系并将其划分为三维网格，对三维网格的各节点进行编号并记录各节点的空间坐标；②在所述监测区域安装传感器，将各传感器划分到与该传感器位置最接近的三维网格节点上；③当监测区域发生微震后，使用传感器采集微震产生的P波的波形初至时刻；④赋予三维网格各节点相应的波速值，分别以各传感器为起点，利用二阶多模板快速行进法计算各传感器所在节点到编号为(l,m,n)的节点的初至走时；⑤建立求解各节点对应的时间差函数f(l,m,n)，将所得f(l,m,n)的函数值按照从小到大的顺序排序，取前k个f(l,m,n)的函数值所对应的节点的节点坐标进行算术平均即得震源坐标。
Description
技术领域
本发明属于岩土工程领域，涉及具有复杂速度分布的区域岩体微震震源定位方法，特别涉及基于二阶多模板快速行进法的区域岩体微震震源定位方法。
背景技术
微震监测技术是通过布置在区域岩体中的传感器来采集岩体微破裂信号，然后分析圈定岩体损伤区域，为区域岩体稳定性评价提供有效依据。目前微震监测技术已广泛应用于矿山开采、石油开采以及水利水电等领域中。
快速精准的微震震源定位方法是微震监测技术有效地发挥预测预警作用的基础。微震震源定位属于地球物理反演问题，通过各传感器接收到一次微震震相到时来反演微震发生的时刻及空间位置。传统的微震定位方法主要包括几何定位法、相对定位法、空间域定位法、线性定位法和非线性定位法，其中以非线性定位法的应用最为广泛。非线性定位法的一般步骤是：计算假定震源到各传感器的微震应力波传播时间(走时)，然后通过不断迭代、试算不同假定震源，选择使得计算走时值与观测值残差最小的假定震源作为定位结果。
现有的非线性定位法是在将微震监测区域的岩体简化为岩体波速单一且均匀的基础上进行微震震源定位的，对于单一速度模型，第i个传感器接收P波初至时刻ti与震源参数(x0， y0，z0，t0)之间的关系由式(1)表述：
式(1)中：Δti为初至走时；(xi，yi，zi)为第i个传感器空间坐标，m是监测区域内接收到P波的传感器数量；V为监测区域的P波波速。
理论上，微震事件发生时刻与走时之和t0+Δti应同ti相等，即：
ξi＝ti-(Δti+t0)＝0 (2)
但在实际工程应用中，由于受到监测仪器及人为因素的影响，微震信号起跳时刻的拾取存在误差，则ξi值不为零。在这样的情况下，通常采用非线性优化工具进行最优化求解来逼近震源参数真值，非线性优化目标函数形式如下：
对于监测范围不大、岩性较均匀的区域岩体，单一速度假设是合理的，它既能保证定位精度，又利于定位算法的快速稳定实现。但是，在许多的实际工程中，特别是具有复杂速度分布的区域岩体，微震监测的区域岩体波速值并非处处相同，岩体波速情况分布复杂，加之地质构造以及人工开挖的影响，区域岩体更多地呈层状或块状速度分区特征，在大型地下工程中，还存在一定体积的空洞区域。若采用现有的非线性定位法在单一速度模型的基础上对这类具有复杂速度分布的区域岩体进行微震震源定位，将会产生较大的误差，震源定位的精度必然会受到限制。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供具有复杂速度分布的区域岩体微震震源定位方法，以提高微震震源的定位精度，促进微震监测技术在工程实践中更好地发挥预测预警作用。
本发明提供的具有复杂速度分布的区域岩体微震震源定位方法，步骤如下：
①根据实际监测需求，圈定待进行微震震源定位的监测区域，该监测区域呈长方体形状，其长度、宽度、高度分别为A米、B米、C米，在所述监测区域中建立三维直角坐标系并将所述监测区域沿其长度、宽度、高度方向划分为间距为d米的三维网格，对所述三维网格的各节点进行编号并记录各节点的空间坐标，编号方法如下：
以所述监测区域的长度方向为行、宽度方向为列、高度方向为层，将位于监测区域某一角点处的节点定义为位于第1行、第1列、第1层的节点，将该节点编号为(1,1,1)并记录该节点的空间坐标，以该节点为基准，按照各节点所处的行、列、层进行编号，位于第l行、第m列、第n层的节点的编号为(l,m,n)，将编号为(l,m,n)的节点的空间坐标记作(L,M,N)；
②在所述监测区域安装至少4个传感器，各传感器形成空间网状结构分布，测量各传感器的空间坐标并记录，将第i个传感器的空间坐标记作(xi,yi,zi)，将第i个传感器划分到与该传感器位置最接近的三维网格节点上，记录第i个传感器所在节点的编号；
③当所述监测区域发生一次微震后，将第i个传感器采集到微震产生的P波的波形初至时刻记作ti，设该震源的空间坐标为(x0,y0,z0)；
④根据地质勘探资料，对所述三维网格的各节点赋予相应的波速值，将位于空洞区域的节点的波速值赋为340m/s，然后根据各节点的波速值，分别以各传感器为起点，利用二阶多模板快速行进法计算各传感器所在节点到编号为(l,m,n)的节点的初至走时并保存，将第i个传感器所在节点到编号为(l,m,n)的节点的初至走时记作Δti(l，m，n)；
⑤建立求解各节点对应的时间差函数f(l,m,n)式(1)，并计算f(l,m,n)的函数值，
式(1)中，i,j分别为第i个和第j个传感器，ti,tj分别为第i个和第j个传感器采集到微震产生的P波的波形初至时刻，Δti(l，m，n),Δtj(l，m，n)分别为第i个和第j个传感器到编号为(l,m,n) 的节点的初至走时，p是监测区域中传感器的数量；将计算得到的f(l,m,n)的函数值按照从小到大的顺序排序，取前k个f(l,m,n)的函数值所对应的节点编号(l1，m1，n1)、(l2，m2，n2)…(lk，
mk，nk)和节点坐标(L1，M1，N1)、(L2，M2，N2)…(Lk，Mk，Nk)，按照式(2)计算震源的空间坐标(x0,y0,z0)，
式(2)中，Ls，Ms，Ns表示前k个f(l,m,n)的函数值对应的节点中的任意一个节点的坐标(Ls， Ms，Ns)。
上述方法的步骤①中，d值的大小与圈定的监测区域的实际情况，例如监测区域的大小、监测区域中岩体的波速分布情况等，以及对微震震源定位精度的要求和计算设备的计算能力进行综合确定，通常，0＜d≤10，d值越小，微震震源的定位精度越高，对计算设备计算能力的要求越高。
上述方法的步骤⑤中，k为10～1000的整数。
上述方法的步骤④中，利用二阶多模板快速行进法计算各传感器所在节点到编号为(l,m,n) 的节点的初至走时Δti(l，m，n)的方法具体可参考以下文献进行：[1]M.SabryHassouna,Farag A A. Multistencils fast marching methods:A highly accuratesolution to the eikonal equation on Cartesian domains.Ieee Transactions onPattern Analysis and Machine Intelligence，2007，29(9)： 1563-1574，[2]卢回忆，刘伊克，常旭.基于MSFM的复杂近地表模型走时计算[J].地球物理学报，2013，56(9)：3100-3108(Lu Huiyi，Liu Yike，Chang Xu.MSFM-based travel-times calculation incomplex near-surface model[J].Chinese Journal of Geophysics，2013，56(9)： 3100-3108.(in Chinese)。
本发明所述具有复杂速度分布的区域岩体微震震源定位方法的基本原理如下：
射线追踪是基于射线理论的地震应力波传播模拟技术，能够模拟复杂岩体中应力波的传播或震源波前的扩展，给出岩体中两点之间应力波的传播时间。基于网格单元扩展的射线追踪方法是一类重要是射线追踪方法，基于网格单元扩展的射线追踪是将应力波的传播描述为波前扩展，同时得到模型中每个网格节点的初至走时，其中，二阶多模板快速行进法(二阶 MSFM)是一种具有计算速度快、计算精度高、对复杂母线适应性强和稳定性高的基于网格单元扩展的射线追踪方法。本发明所述方法将监测区域划分为三维网格并根据地质勘探资料赋予各网格节点相应的波速值，根据各节点的波速值采用二阶MSFM计算各传感器所在节点到编号为(l,m,n)的节点的初至走时，然后建立求解各节点对应的时间差函数f(l,m,n)式(1)来求解传感器接收到的波形初至走时(采集值)与传感器所在节点到编号为(l,m,n)的节点的初至走时(计算值)之差，若f(l,m,n)的函数值越小，说明对应的编号为(l,m,n)的节点与待求震源(x0, y0,z0)的位置越接近，取前k个f(l,m,n)的函数值所对应的节点的坐标按照式(2)进行算术平均，即得到算震源的空间坐标(x0,y0,z0)。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1.本发明提供的具有复杂速度分布的区域岩体微震震源定位方法是一种微震震源定位的新方法，该方法将监测区域划分为三维网格并根据地质勘探资料赋予各网格节点相应的波速值，然后根据各节点的波速值采用二阶多模板快速行进法计算各传感器所在节点到编号为(l,m,n)的节点的初至走时，再根据各节点对应的时间差函数f(l,m,n)的由小到大排序的前k个函数值所对应的节点的坐标计算得到震源空间坐标，由于该方法在计算前述初至走时时充分考虑了监测区域中的实际岩体波速分布情况，因而与现有的基于单一速度模型确定震源位置的方法相比，本发明所述方法更加符合区域岩体的实际地质构造情况，尤其适用于呈层状或块状速度分区这里具有复杂速度分布的区域岩体微震震源的定位。
2.实验表明，本发明所述方法有效地提高了震源定位的精度(见实施例和对比例)，有利于微震监测技术在工程实践中更好地发挥预测预警作用。
附图说明
图1是实施例中圈定的监测区域以及该区域中传感器安装位置和爆孔位置的示意图；
图2是实施例中圈定的监测区域的地质剖面图；
图3是实施例中圈定的监测区域的岩体波速分层三维示意图；
图中，1—监测区域、2—廊道、3—边坡坡面、4-1、4-2、4-3、4-4、4-5、4-6、4-7、4-8、4-9、4-10、4-11、4-12、4-13为传感器编号，5—爆破孔。
具体实施方式
以下通过实施例对本发明所述具有复杂速度分布的区域岩体微震震源定位方法作进一步说明。有必要指出的是，以下实施例只用于对本发明作进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员根据上述发明内容，对本发明做出一些非本质的改进和调整进行具体实施，仍属于发明的保护范围。
实施例
本实施例中，采用本发明所述方法对具有复杂速度分布的某边坡工程进行微震震源定位，步骤如下：
①根据实际监测需求，从具有复杂速度分布的边坡工程中圈定待进行微震震源定位的监测区域1，该监测区域中包括廊道2和边坡坡面3，如图1所示，该监测区域呈长方体形状，其长度A＝300米、宽度B＝300米、高度C＝264米，以该监测区域长度方向为X方向、宽度方向为Y方向、高度方向为Z方向，在所述监测区域中建立三维直角坐标系，该监测区域的角点O的空间坐标为(588958.4，3012682.3，570.0)。
将所述监测区域沿其长度、宽度、高度方向划分为间距为d＝1m的三维网格，所述三维网格的节点数为(A/d+1)×(B/d+1)×(C/d+1)＝301×301×265＝24009265，对所述三维网格的各节点进行编号并记录各节点的空间坐标，编号方法如下：
以所述监测区域的长度方向(X方向)为行、宽度方向(Y方向)为列、高度方向(Z 方向)为层，将位于该监测区域的角点O的节点的位置定义为位于第1行、第1列、第1层的节点，将该节点编号为(1,1,1)并记录该节点的空间坐标，该节点的空间坐标即为角点O的空间坐标(588958.4，3012682.3，570.0)，以该节点为基准，按照各节点所处的行、列、层进行编号，位于第l行、第m列、第n层的节点的编号为(l,m,n)，l为1～301的整数、m为1～301 的整数、n为1～265的整数，将编号为(l,m,n)的节点的空间坐标记作(L,M,N)；
例如，
位于第1层、第1行的节点依次编号为(1,1,1)、(1,2,1)、(1,3,1)…(1,301,1)；位于第1层、第2行的节点依次编号为(2,1,1)、(2,2,1)、(2,3,1)…(2,301,1)，…
位于第1层、第1列的节点依次编号为(1,1,1)、(2,1,1)、(3,1,1)…(301,1,1)；位于第1层、第2列的节点依次编号为(1,2,1)、(2,2,1)、(3,2,1)…(301,2,1)，…
位于第1行、第1列的节点依次编号为(1,1,1)、(1,1,2)、(1,1,3)…(1,1,265)；位于第2行、第1列的节点依次编号为(2,1,1)、(2,1,2)、(2,1,3)…(2,1,265)，…
以此类推，位于第l行、第m列、第n层的节点编号为(l,m,n)；
根据各节点在空间坐标系中的位置，可得到各节点的空间坐标，由于数据量巨大，共包括24009265个节点，因此这里不一一列出所述三维网格中所有节点的编号和空间坐标。
②在所述监测区域高程为750米、650米和600米处共安装13个加速度传感器，将第1～13 个传感器依次编号为4-1、4-2、4-3、4-4、4-5、4-6、4-7、4-8、4-9、4-10、4-11、4-12和4-13，测量各传感器的空间坐标并记录，将第i个传感器的空间坐标记作(xi,yi,zi)，将第i个传感器划分到与该传感器位置最接近的三维网格节点上，将第i个传感器所在节点编号为(ei,fi, gi)，各传感器的空间坐标以及对应的节点编号如表1所示：
表1
③在所述监测区域中钻取一个爆破孔5，该爆破孔孔底中心处的空间坐标为(589031.1， 3012848.2，618.1)，在爆破孔的孔底安装200g乳化炸药，连接导爆线和高压静电起爆器，将爆破孔的孔口用松散的土粒封堵，以减少爆破时的能量损失。引爆爆破孔中的炸药以模拟一次震源位置未知的微震，设该未知震源的空间坐标为(x0,y0,z0)，将第i个传感器采集到该次微震产生的P波的波形初至时刻记作ti。本实施例中，各传感器采集到微震产生的P波的波形初至时刻如表2所示。
表2
| 第i个传感器 | 波形初至时刻ti/ms | 第i个传感器 | 波形初至时刻ti/ms |
| 1 | 111.35 | 8 | 98.85 |
| 2 | 116.35 | 9 | 103.45 |
| 3 | 111.45 | 10 | 100.8 |
| 4 | 111.55 | 11 | 112.1 |
| 5 | 113.7 | 12 | 109.65 |
| 6 | 91.7 | 13 | 101.65 |
| 7 | 92.2 |
④地质勘探资料显示，所述监测区域中，包括砂砾石、块碎石夹壤土、角砾熔岩、杏仁状玄武岩、斜斑玄武岩、隐微晶质玄武岩以及柱状节理玄武岩，岩体的岩石性近乎呈分层分布，如图2所示，根据表3中列出岩体亚类和岩性的具体情况以及各类岩体在监测区域中的分布情况，将监测区域岩体进行波速分层处理：共分为11个波速层，这11个波速层共分为4种波速类别，分别由波速编号V1，V2，V3，V4表示，各波速层交替出现波速分层三维示意图如图3所示。
表3
按照三维网格的各节点所在岩层的分类和岩性，赋予各节点相应的波速值，将处于廊道的节点的波速值赋为波速值340m/s，将处于边坡外的节点的波速值赋为波速值340m/s。
根据各节点的波速值，以上述13个传感器为起点，利用二阶多模板快速行进法(二阶 MSFM)计算从上述13个传感器所在节点到编号为(l,m,n)的节点的初至走时并保存，将第i 个传感器所在节点到编号为(l,m,n)的节点的初至走时记作Δti(l，m，n)；本实施例中，共需要使用二阶MSFM分别计算13个传感器到各节点的初至走时Δt1(l，m，n)，Δt2(l，m，n)，…，Δt13(l，m，n)。由于数据量巨大，这里不具体列出13个传感器所在节点到各节点的初至走时的数据。该步骤中，采用采用matlab语言编制程序来计算Δti(l，m，n)，具体计算方法参考文献[1]～[2]，文献[1]M.Sabry Hassouna,Farag A A.Multistencils fast marching methods:Ahighly accurate solution to the eikonal equation on Cartesian domains.IeeeTransactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence，2007，29(9)：1563-1574，文献[2]卢回忆，刘伊克，常旭.基于MSFM 的复杂近地表模型走时计算[J].地球物理学报，2013，56(9)：3100-3108(Lu Huiyi，Liu Yike， Chang Xu.MSFM-based travel-timescalculation in complex near-surface model[J].Chinese Journal of Geophysics，2013，56(9)：3100-3108.(in Chinese)。
⑤建立求解各节点对应的时间差函数f(l,m,n)式(1)，并计算f(l,m,n)的函数值，
式(1)中，i,j分别为第i个和第j个传感器，ti,tj分别为第i个和第j个传感器采集到微震产生的P波的波形初至时刻，Δti(l，m，n),Δtj(l，m，n)分别为第i个和第j个传感器到编号为(l,m,n) 的节点的初至走时，p是监测区域中传感器的数量；
将计算得到的f(l,m,n)的函数值按照从小到大的顺序排序，取前20个f(l,m,n)的函数值所对应的节点编号(l1，m1，n1)、(l2，m2，n2)…(l20，m20，n20)和节点坐标(L1，M1，N1)、(L2，M2，N2)…(L20，M20，N20)，具体如表4所示：
表4
然后按照式(2)计算震源的空间坐标(x0,y0,z0)，
式(2)中，k＝20，Ls，Ms，Ns表示前20个f(l,m,n)的函数值对应的节点中的任意一个节点的坐标(Ls，Ms，Ns)。
式(2)的计算结果(x0,y0,z0)＝(589042，3012851，622)。
以下通过式(3)的计算结果ψ作为震源定位结果可靠性的评价指标来评价本实施例震源定位的可靠性，若ψ越小，表示所取的前20个f(l,m,n)的函数值对应的各节点之间的离散程度越小。
式(3)中，σx、σy、σz分别为表4中列出的20个f(l,m,n)的函数值所对应的节点的x、y、z坐标的标准差，σx、σy、σz分别按照式(4)计算：
式(4)中，为表4中列出的20个f(l,m,n)的函数值所对应的节点的x坐标(横坐标)Ls的平均值，为表4中列出的20个f(l,m,n)的函数值所对应的节点的y坐标(纵坐标)Ms的平均值，为表4中列出的20个f(l,m,n)的函数值所对应的节点的z坐标(高程坐标)Ns的平均值。
根据式(3)(4)计算出ψ＝3.07，而根据本申请的发明人大量系统性的研究，发现当ψ＜10时，震源定位结果是可靠的，说明本实施例按照本发明所述方法进行震源定位的结果是可靠的。
本实施例中，震源的真实空间坐标为爆破孔孔底中心处的空间坐标，为(589031.1，
3012848.2，618.1)，通过本发明所述方法定位得到的震源坐标为(589042，3012851，622)，二者之间的距离即为定位误差，为：
对比例
本对比例中，采用现有的非线性定位法对实施例中所圈定的监测区域进行微震震源定位，将圈定的监测区域视为岩体波速均匀的介质，岩体波速采用实施例表2中V1，V2，V3，V4四个岩体波速的平均值V＝(V1+V2+V3+V4)/4＝4625m/s。步骤如下：
微震发生后(即引爆爆破孔中的炸药后)，微震产生的P波从震源传播到第i个传感器所经过的时间的理论值Δti如式(5)所示：
式(5)中，V为监测区域岩体波速的平均值，V＝4625m/s；(x0，y0，z0)为震源空间坐标； (xi,yi,zi)为第i个传感器的空间坐标，具体见表1；
建立求解震源空间坐标(x0，y0，z0)的目标函数f式(6)，
式(6)中，i,j分别为第i个和第j个传感器，ti,tj分别为第i个和第j个传感器采集到微震产生的P波的波形初至时刻，p是监测区域中传感器的数量；
利用非线性优化工具遗传算法求目标函数f的最小值fmin，fmin＝0.037s。
fmin对应的(x0，y0，z0)＝(589018.8，3012863.3，608.2)即为震源的空间坐标，震源的真实空间坐标为(589031.1，3012848.2，618.1)，二者之间的距离即为定位误差，为：
由实施例和对比例确定的微震震源与真实震源之间的距离可知，本发明所述方法定位出的震源位置与震源的真实位置更为接近，说明本发明所述方法的震源定位精度更高。
Claims (3)
1.具有复杂速度分布的区域岩体微震震源定位方法，其特征在于步骤如下：
①根据实际监测需求，圈定待进行微震震源定位的监测区域，该监测区域呈长方体形状，其长度、宽度、高度分别为A米、B米、C米，在所述监测区域中建立三维直角坐标系并将所述监测区域沿其长度、宽度、高度方向划分为间距为d米的三维网格，对所述三维网格的各节点进行编号并记录各节点的空间坐标，编号方法如下：
以所述监测区域的长度方向为行、宽度方向为列、高度方向为层，将位于监测区域某一角点处的节点定义为位于第1行、第1列、第1层的节点，将该节点编号为(1,1,1)并记录该节点的空间坐标，以该节点为基准，按照各节点所处的行、列、层进行编号，位于第l行、第m列、第n层的节点的编号为(l,m,n)，将编号为(l,m,n)的节点的空间坐标记作(L,M,N)；
②在所述监测区域安装至少4个传感器，各传感器形成空间网状结构分布，测量各传感器的空间坐标并记录，将第i个传感器的空间坐标记作(xi,yi,zi)，将第i个传感器划分到与该传感器位置最接近的三维网格节点上，记录第i个传感器所在节点的编号；
③当所述监测区域发生一次微震后，将第i个传感器采集到微震产生的P波的波形初至时刻记作ti，设该震源的空间坐标为(x0,y0,z0)；
④根据地质勘探资料，对所述三维网格的各节点赋予相应的波速值，将位于空洞区域的节点的波速值赋为340m/s，然后根据各节点的波速值，分别以各传感器为起点，利用二阶多模板快速行进法计算各传感器所在节点到编号为(l,m,n)的节点的初至走时并保存，将第i个传感器所在节点到编号为(l,m,n)的节点的初至走时记作Δti(l，m，n)；
⑤建立求解各节点对应的时间差函数f(l,m,n)式(1)，并计算f(l,m,n)的函数值，
式(1)中，i,j分别为第i个和第j个传感器，ti,tj分别为第i个和第j个传感器采集到微震产生的P波的波形初至时刻，Δti(l，m，n),Δtj(l，m，n)分别为第i个和第j个传感器到编号为(l,m,n)的节点的初至走时，p是监测区域中传感器的数量；
将计算得到的f(l,m,n)的函数值按照从小到大的顺序排序，取前k个f(l,m,n)的函数值所对应的节点编号(l1，m1，n1)、(l2，m2，n2)…(lk，mk，nk)和节点坐标(L1，M1，N1)、(L2，M2，N2)…(Lk，Mk，Nk)，按照式(2)计算震源的空间坐标(x0,y0,z0)，
式(2)中，Ls，Ms，Ns表示前k个f(l,m,n)的函数值对应的节点中的任意一个节点的坐标(Ls，Ms，Ns)。
2.根据权利要求1所述具有复杂速度分布的区域岩体微震震源定位方法，其特征在于步骤①中，0＜d≤10。
3.根据权利要求1或2所述具有复杂速度分布的区域岩体微震震源定位方法，其特征在于步骤⑤中，k为10～1000的整数。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201610343681.0A CN105842735B (zh) | 2016-05-20 | 2016-05-20 | 具有复杂速度分布的区域岩体微震震源定位方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201610343681.0A CN105842735B (zh) | 2016-05-20 | 2016-05-20 | 具有复杂速度分布的区域岩体微震震源定位方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN105842735A CN105842735A (zh) | 2016-08-10 |
| CN105842735B true CN105842735B (zh) | 2017-12-26 |
Family
ID=56594133
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201610343681.0A Active CN105842735B (zh) | 2016-05-20 | 2016-05-20 | 具有复杂速度分布的区域岩体微震震源定位方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN105842735B (zh) |
Families Citing this family (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106324670B (zh) | 2016-08-29 | 2018-09-04 | 中国石油天然气集团公司 | 一种微地震监测系统中的震源定位的方法及装置 |
| CN107167840B (zh) * | 2017-06-14 | 2023-09-19 | 四川大学 | 一种可回收重复使用的微震传感器 |
| CN108267781B (zh) * | 2017-12-15 | 2020-06-05 | 桂林理工大学 | 任意曲面非均匀介质快速行进程函方程求解射线追踪算法 |
| CN109597125B (zh) * | 2018-11-27 | 2020-10-16 | 湖北海震科创技术有限公司 | 一种基于p波到时与最大振幅波形的微震源定位方法 |
| CN109828236A (zh) * | 2019-02-14 | 2019-05-31 | 中南大学 | 一种含空区复杂结构中的微震/声发射源定位方法 |
| CN109828235A (zh) * | 2019-02-14 | 2019-05-31 | 中南大学 | 一种空心柱体中的声发射源定位方法 |
| CN111324968B (zh) * | 2020-03-06 | 2023-03-28 | 西南大学 | 一种倾斜地层隧道工程微震监测传感器布设方法 |
| CN111308559B (zh) * | 2020-03-06 | 2022-06-03 | 西南大学 | 基于p波入射方向的煤矿井下微震监测传感器布设方法 |
| CN112346115A (zh) * | 2020-07-02 | 2021-02-09 | 四川大学 | 地下硐室群含空洞、复杂岩体波速环境下的微震震源定位方法 |
| CN112114359B (zh) * | 2020-08-13 | 2021-07-02 | 中南大学 | 一种基于主被动震源信号的危险区域检测方法、系统、终端及可读存储介质 |
| CN112946735B (zh) * | 2021-02-23 | 2023-03-31 | 石家庄铁道大学 | 基于微震监测系统的落石冲击定位方法及装置 |
| CN114371503B (zh) * | 2021-12-10 | 2023-08-29 | 煤炭科学技术研究院有限公司 | 震源定位方法、装置、电子设备及存储介质 |
| CN115356767B (zh) * | 2022-07-21 | 2024-01-09 | 北京科技大学 | 基于区域分割提高微震定位与波速反演精度的方法及装置 |
| CN117289344B (zh) * | 2023-11-24 | 2024-01-30 | 北京科技大学 | 基于震源空间分布的煤岩失稳破坏快速判识方法 |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8767508B2 (en) * | 2010-08-18 | 2014-07-01 | Exxonmobil Upstream Research Company | Using seismic P and S arrivals to determine shallow velocity structure |
| CN102129063B (zh) * | 2010-12-23 | 2012-10-10 | 中南大学 | 一种微震源或声发射源的定位方法 |
| CN105403914A (zh) * | 2014-08-26 | 2016-03-16 | 长沙矿山研究院有限责任公司 | 一种微震震源联合定位方法 |
| CN104155692B (zh) * | 2014-08-28 | 2017-04-26 | 中国石油集团川庆钻探工程有限公司地球物理勘探公司 | 获取微地震的震源点的方法及装置 |
| CN104597504A (zh) * | 2015-01-30 | 2015-05-06 | 合肥微赛思能源技术有限公司 | 一种高效率的微地震震源定位方法 |
-
2016
- 2016-05-20 CN CN201610343681.0A patent/CN105842735B/zh active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN105842735A (zh) | 2016-08-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN105842735B (zh) | 具有复杂速度分布的区域岩体微震震源定位方法 | |
| CN105022031A (zh) | 一种区域岩体微震震源的分层速度定位方法 | |
| CN106772577B (zh) | 基于微地震数据和spsa优化算法的震源反演方法 | |
| CN103605151B (zh) | 基于相位测量的分布式群波浅层微震定位方法 | |
| CN108802813B (zh) | 一种多分量地震资料偏移成像方法及系统 | |
| CN103675944B (zh) | 一种沉积盆地铀资源勘探的综合地球物理方法 | |
| CN103513277B (zh) | 一种地震地层裂隙裂缝密度反演方法及系统 | |
| CN105549068A (zh) | 一种三维各向异性微地震干涉逆时定位方法及系统 | |
| CN102636809B (zh) | 一种传播角度域共成像点道集的生成方法 | |
| CN104656123A (zh) | 一种测定区域岩体等效波速的方法 | |
| CN110286416B (zh) | 一种基于物性函数的快速二维密度反演方法 | |
| CN105445789A (zh) | 基于多次反射折射波约束的三维菲涅尔体旅行时层析成像方法 | |
| CN105549077A (zh) | 基于多级多尺度网格相似性系数计算的微震震源定位方法 | |
| CN111006987A (zh) | 一种储层裂缝孔渗参数预测方法 | |
| CN105242328A (zh) | 古热岩石圈厚度的确定方法及装置 | |
| CN105022091B (zh) | 一种无预测速的远场震源快速定位方法 | |
| CN110907990B (zh) | 一种叠后地震裂缝定量预测方法及系统 | |
| CN102841374A (zh) | 基于扫描面正演的伪三维快速微地震正演方法 | |
| CN109212594B (zh) | 一种各向异性介质纵横波联合定位方法 | |
| CN114047546A (zh) | 基于传感器三维空间联合布置的群智螺旋矿震定位方法 | |
| CN107797148A (zh) | 一种基于三维地质建模的航磁异常场分离方法及系统 | |
| CN110764136B (zh) | 各向异性纵横波走时线性组合与非线性组合联合定位方法 | |
| CN102455440A (zh) | Vti介质中地震波的走时计算方法 | |
| CN109212593B (zh) | 一种基于多射孔双差的纵横波联合定位方法 | |
| CN112346115A (zh) | 地下硐室群含空洞、复杂岩体波速环境下的微震震源定位方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant |