CN109597125B - 一种基于p波到时与最大振幅波形的微震源定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于岩土工程领域，尤其涉及一种基于P波到时与最大振幅波形的微震源定位方法。该方法包括：进行爆破试验，获得爆破震源参数；根据获得的爆破震源参数，计算得到P波波速及最大振幅波形对应的波速；通过微震监测系统，获得岩爆事件参数；基于得到的P波波速、最大振幅波形对应的波速以及岩爆事件参数，对岩爆事件进行定位。本发明所提供的一种基于P波到时与最大振幅波形的微震源定位方法，由于其是通过拾取P波和最大振幅波形对应的到时数据来构建目标函数进行定位计算，从而可以避免现有技术中P波和S波的到时数据来构建目标函数进行定位计算带来的定位精度不稳定的现象，达到有效保障定位精度的目的。

Description

一种基于P波到时与最大振幅波形的微震源定位方法

技术领域

本发明属于岩土工程领域，尤其涉及一种基于P波到时与最大振幅波形的微震源定位方法。

背景技术

目前，深部岩石工程越来越多，且深度越来越大。随着深度的增加，岩体所赋存的地质环境更为复杂，地应力更高，开挖诱发的岩爆、冲击地压、瓦斯爆炸、突水、高温热害等重大工程灾害更加突出、严重，造成了巨大的生命和财产损失。

微震监测技术是岩体动力灾害，特别是岩爆、冲击矿压等预测预报最有效和最有潜力的监测方法之一，主要包括传感器布置优化、数据处理、震源定位、震源机制分析和微震活动预测等，其中震源定位是最重要的内容之一。

目前，大多数的震源定位方法都是基于到时数据来构建目标函数的优化算法，因此，到时数据的选择和准确拾取是震源定位中的关键。

现有技术中，微震信号到时拾取大部分都是以P波和S波为对象，以P波和S波的到时数据来构建目标函数进行定位计算。但是在一般工程尺度上，S波的到时叠加在P波的尾波上，难以被系统和人工准确拾取，从而导致震源定位的精度不稳定，即容易受到不准确的数据影响而降低。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种基于P波到时与最大振幅波形的微震源定位方法，以有效保障震源定位精度。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

一种基于P波到时与最大振幅波形的微震源定位方法，所述方法包括：

进行爆破试验，获得爆破震源参数；

根据获得的爆破震源参数，计算得到P波波速及最大振幅波形对应的波速；

通过微震监测系统，获得岩爆事件参数；

基于得到的P波波速、最大振幅波形对应的波速以及岩爆事件参数，对岩爆事件进行定位。

进一步地，所述爆破震源参数包括：

各传感器坐标(x_i,y_i,z_i)，其中i为传感器编号，i＝1,2,…，n；

各传感器的P波到时t_pi和最大振幅波形对应的到时t_mi；

爆破坐标(x₀,y₀,z₀)。

进一步地，所述根据获得的爆破震源参数，计算得到P波波速及最大振幅波形对应的波速具体包括：

P波波速的计算方法包括：

根据公式1)获得所有传感器到爆破震源的距离，所述公式1)为：

公式1)中，R_i为各个传感器到爆破震源的距离，单位为m，i为传感器编号，i＝1,2,…，n；

根据公式2)得到各个传感器到爆破震源的距离的平均值，公式3)得到P波到时的平均值；

公式2)及公式3)中，R_i为各个传感器到爆破震源的距离，单位为m，i为传感器编号，i＝1,2,…，n；t_pi为各传感器的P波到时，单位为s，i为传感器编号，i＝1,2,…，n

利用公式4)得到P波波速，所述公式4)为：

公式4)中，v_p为P波波速，单位为m/s；R_i为各个传感器到爆破震源的距离，单位为m，i为传感器编号，i＝1,2,…，n；R为各个传感器到爆破震源的距离的平均值，单位为m；t_pi为为各传感器的P波到时，单位s；

为P波到时的平均值，单位为s；

利用P波的获取方式，获取最大振幅波形对应的波速v_m。

进一步地，所述岩爆事件参数包括：各传感器坐标(x'_i,y'_i,z'_i)，其中i为传感器编号，i＝1,2,…，n；各传感器的P波到时t'_pi和最大振幅波形对应的到时t'_mi。

进一步地，所述基于得到的P波波速、最大振幅波形对应的波速以及岩爆事件参数，对岩爆事件进行定位具体包括：

通过公式5)及公式6)分别得到P波和最大振幅波形理论到时与观测到时之差，所述公式5)以及公式6)为：

公式5)以及公式6)中，t'_pi为各传感器的P波到时，单位为s；t'₀为岩爆实际时间，单位为s；(x'_i,y'_i,z'_i)为各个传感器坐标，v_p为P波波速，单位为m/s，v_m为最大振幅波形波速，单位为m/s；

建立以下目标函数：

目标函数的最小值对应的(x'₀,y'₀,z'₀)即为岩爆坐标。

本发明的有益效果是：

本发明所提供的一种基于P波到时与最大振幅波形的微震源定位方法，由于其是通过拾取P波和最大振幅波形对应的到时数据来构建目标函数进行定位计算，从而可以避免现有技术中P波和S波的到时数据来构建目标函数进行定位计算带来的定位精度不稳定的现象，达到有效保障定位精度的目的。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例的一种基于P波到时与最大振幅波形的微震源定位方法的流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为本发明实施例的一种基于P波到时与最大振幅波形的微震源定位方法的流程示意图，结合图1，该方法包括：

S1：进行爆破试验，获得爆破震源参数：

本发明实施例中，爆破震源参数包括：各传感器坐标(x_i,y_i,z_i)，其中i为传感器编号，i＝1,2,…，n；各传感器的P波到时t_pi和最大振幅波形对应的到时t_mi；爆破坐标(x₀,y₀,z₀)。

S2：根据获得的爆破震源参数，计算得到P波波速及最大振幅波形对应的波速：

本发明实施例中，P波波速的计算方法包括：

根据公式1)获得所有传感器到爆破震源的距离，该公式1)是由两点间距离公式推导而出，所述公式1)为：

公式1)中，R_i为各个传感器到爆破震源的距离，单位为m，i为传感器编号，i＝1,2,…，n；

根据公式2)得到各个传感器到爆破震源的距离的平均值，公式3)得到P波到时的平均值；

公式2)及公式3)中，R_i为各个传感器到爆破震源的距离，单位为m，i为传感器编号，i＝1,2,…，n；t_pi为各传感器的P波到时，单位为s，i为传感器编号，i＝1,2,…，n

利用公式4)得到P波波速，所述公式4)为：

公式4)中，v_p为P波波速，单位为m/s；R_i为各个传感器到爆破震源的距离，单位为m，i为传感器编号，i＝1,2,…，n；

为各个传感器到爆破震源的距离的平均值，单位为m；t_pi为为各传感器的P波到时，单位s；

为P波到时的平均值，单位为s。

本发明实施例中，最大振幅波形对应的波速v_m和P波的获取方式相同，本发明实施例利用P波的获取方式，可获取最大振幅波形对应的波速v_m。

S3：通过微震监测系统，获得岩爆事件参数：

本发明实施例的岩爆事件参数包括：各传感器坐标(x'_i,y'_i,z'_i)，其中i为传感器编号，i＝1,2,…，n；各传感器的P波到时t'_pi和最大振幅波形对应的到时t'_mi。

S4：基于得到的P波波速、最大振幅波形对应的波速以及岩爆事件参数，对岩爆事件进行定位：

通过公式5)及公式6)分别得到P波和最大振幅波形理论到时与观测到时之差，所述公式5)以及公式6)为：

公式5)以及公式6)中，t'_pi为各传感器的P波到时，单位为s；t'₀为岩爆实际时间，单位为s；(x'_i,y'_i,z'_i)为各个传感器坐标，v_p为P波波速，单位为m/s，v_m为最大振幅波形波速，单位为m/s；

建立以下目标函数：

目标函数的最小值对应的(x'₀,y'₀,z'₀)即为岩爆坐标。

本发明实施例中，最大振幅波形即波形数据绝对值最大的点，是波形的最显著特征之一，其位置相比于S波非常容易被系统或者人工准确拾取，因此，本发明实施例所提供的微震源定位方法，由于其是通过拾取P波和最大振幅波形对应的到时数据来构建目标函数进行定位计算，从而可以避免现有技术中P波和S波的到时数据来构建目标函数进行定位计算带来的定位精度不稳定的现象，达到有效保障定位精度的目的。

具体应用：

借助申请人所用的微震监测系统，与某水电站的微震监测项目资料，由S1和S2得到P波波速v_p＝5500m/s和最大振幅波形对应的波速v_m＝3200m/s。

由S3得岩爆震源参数如表1所示：

表1

由S4得岩爆事件定位结果如表2所示：

表2

由表2可知，利用本发明实施例所提供的微震源定位方法获取的岩爆事件定位结果，同实际测定坐标的定位结果的误差在要求之内，即本发明实施例的微震源定位方法的定位精度可以适用于微震监测。

以下所举实施例为本发明的较佳实施方式，仅用来方便说明本发明，并非对本发明作任何形式下的限制，任何所述技术领域中具有通常知识者，若在不脱离本发明所提技术特征的范围内，利用本发明所揭示技术内容所作出局部更动或修饰的等效实施例，并且未脱离本发明的技术特征内容，均仍属于本发明技术特征的范围内。

Claims (2)

1.一种基于P波到时与最大振幅波形的微震源定位方法，其特征在于，所述方法包括：

进行爆破试验，获得爆破震源参数，所述爆破震源参数包括：各传感器坐标(x_i,y_i,z_i)，其中i为传感器编号，i＝1,2,…，n；各传感器的P波到时t_pi和最大振幅波形对应的到时t_mi；爆破坐标(x₀,y₀,z₀)；

根据获得的爆破震源参数，计算得到P波波速及最大振幅波形对应的波速；

通过微震监测系统，获得岩爆事件参数，所述岩爆事件参数包括：各传感器坐标(x'_i,y'_i,z'_i)，其中i为传感器编号，i＝1,2,…，n；各传感器的P波到时t'_pi和最大振幅波形对应的到时t'_mi；

基于得到的P波波速、最大振幅波形对应的波速以及岩爆事件参数，对岩爆事件进行定位，具体包括：

通过公式5)及公式6)分别得到P波和最大振幅波形理论到时与观测到时之差，所述公式5)以及公式6)为：

公式5)以及公式6)中，t'_pi为各传感器的P波到时，单位为s；t'₀为岩爆实际时间，单位为s；(x'_i,y'_i,z'_i)为各个传感器坐标，v_p为P波波速，单位为m/s，v_m为最大振幅波形波速，单位为m/s；

建立以下目标函数：

目标函数的最小值对应的(x'₀,y'₀,z'₀)即为岩爆坐标。

2.根据权利要求1所述的一种基于P波到时与最大振幅波形的微震源定位方法，其特征在于，所述根据获得的爆破震源参数，计算得到P波波速及最大振幅波形对应的波速具体包括：

P波波速的计算方法包括：

根据公式1)获得所有传感器到爆破震源的距离，所述公式1)为：

公式1)中，R_i为各个传感器到爆破震源的距离，单位为m，i为传感器编号，i＝1,2,…，n；

根据公式2)得到各个传感器到爆破震源的距离的平均值，公式3)得到P波到时的平均值；

公式2)及公式3)中，R_i为各个传感器到爆破震源的距离，单位为m，i为传感器编号，i＝1,2,…，n；t_pi为各传感器的P波到时，单位为s，i为传感器编号，i＝1,2,…，n

利用公式4)得到P波波速，所述公式4)为：

公式4)中，v_p为P波波速，单位为m/s；R_i为各个传感器到爆破震源的距离，单位为m，i为传感器编号，i＝1,2,…，n；

为各个传感器到爆破震源的距离的平均值，单位为m；t_pi为为各传感器的P波到时，单位s；

为P波到时的平均值，单位为s；

利用P波的获取方式，获取最大振幅波形对应的波速v_m。

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