CN111413733B - 一种矿山微地震定位控制系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于信息处理技术领域，公开了一种矿山微地震定位控制系统及方法，所述矿山微地震定位控制系统包括：显示模块用于对矿山开采中微地震事件进行可视化显示；数据处理模块用于采用人机交互方式对可视化数据进行编辑处理，所述编辑处理包括但不限于直达波初至拾取，频率域滤波，数据振幅及信噪比分析和简单数据处理；速度场校准模块用于利用已知放炮点的位置可以对本区的速度场进行校准；定位模块用于利用初至信息和速度信息对采集到的微地震事件进行定位。本发明能够准确的对微地震事件进行定位，同时能够将相关信息进行可视化展示。

Description

一种矿山微地震定位控制系统及方法
技术领域
本发明属于信息处理技术领域，尤其涉及一种矿山微地震定位控制系统及方法。
背景技术
目前，最接近的现有技术：
微地震定位是矿山地震学中最基本、最经典的问题之一，对于研究矿山地震活动，地质灾害预防，震源的位置监控等此类地震学的基本问题具有重要意义。现在的线性微地震定位方法大多是基于Geiger经典定位方法，总的思路是将问题归结为求一目标函数的极小值，并通过对走时求偏导数做一阶近似，将非线性问题转化为线性问题，在此基础上产生了一系列地震定位方法，HYP071，HYP0-INVERSE，HYP0CENTER，联合定位，相对定位方法等。
对微地震震源的定位是微地震监测中最为根本的问题，在最初出现的震源定位方法中，主要是基于直达波初至与微地震模型的反演方法。初至反演的定位方法基本可以分为两大类：相对定位和直接定位。第一类方法也就是相对定位方法，由Scott与Aster在研究对重复天然地震进行识别时提出。Menke等人使利用相关系数反演震源位置成为可能，后来又提出了利用蒙特卡洛算法计算相对位置的算法，并对该算法进行了验证。Lummerow在进行了一系列先验定位的基础上，利用相对定位技术对大量微弱的微地震事件震源进行了合理的定位。Bancroft等提出了利用解析法根据四级检波器上的直达波初至对震源直接定位，随后又提出了改进的解析法。第二类方法的思路是利用拾取的直达波P波、S波初至对微震基本模型进行正反迭代反演震源位置或发震时刻，同时保证实际的初至与模拟拾取的初至误差达到最小，这种方法的应用相当广泛。除了应用直达波初至，Zimmer等人又提出了在联合分析首波与直达波的前提下进行震源反演，并在垂直方向上提高了震源定位的精度。目前对于在不进行初至拾取而对微地震震源位置进行定位方面的研究，这已成为国际上研究的热点。在井间微地震监测方面，Drew等利用类似相移的算法将各级检波器上的信号反推到发震时刻进行互相关计算来确定震源位置，再结合能量比法设计了微地震连续成像的方法。Gajewski等提出了利用能量聚焦的方法对微地震事件进行叠加，并根据叠加能量的最大值确定震源位置。Khadhraoui利用能量比法的自动识别响应设计与震源分布相关的空间目标函数，结合Geiger算法反演误差函数最小的空间点作为震源位置。
直到20世纪70年代，Geiger的思想被广泛用于地震定位工作。Lee等人连续给出了HYPO71,HYPO78～81系列程序，至今仍被普遍使用，我国的赵仲和参与了80、81版本程序的研制。Backus和Gilbert提出新的反演理论后，Klein提出HYPOINVERSE算法，Lienert等在此基础上进一步得到HYPOCENTER算法，Nelson和Vidale也改进了HYPOINVERSE，提出了三维速度模型下的QUAKE3D方法。在国内，经典方法也得到了广泛应用：赵仲和将HYPO81用于北京台网，吴明熙等和赵卫明等分别将经典方法用于禄劝地震和灵武地震序列的定位。
目前，国内仅有少数科研机构在矿山实际定位中获得突破，2011年，山东蓝尊科技有限公司研发的“基于震源定位技术的地下矿山开采活动实时监测系统”在山东省科技管矿项目中得到应用，该系统首次采用的非接触、感应式、实时监测手段，实现了对地下矿山开采活动的实时监测并连续记录采掘路径，有效避免地下矿山采矿活动中超层越界、超采矿许可证范围开采、盗采等非法行为，为自然资源部门执法提供重要依据。然而经了解，该系统采用的是地面监测、深孔埋设传感器的方法，仅能固定安装于一个矿山内，不能重复应用于其他矿山，单个矿山系统安装的价格较高，不利于推广应用。且该系统设备的安装易引起矿山的注意，不利于主管部门的监管。
在国内，许昭永等在定位运算中采用了阻尼最小二乘法并采用了费马原理；刘力强提出了列阵降幂和预标定搜索两种定位方法，其中列阵降幂法通过调整各传感器阵列位置和改善定位方程来避免引入目标函数时造成的多解情况；胡新亮针对含复杂结构的岩样，提出了对速度结构依赖较少的相对定位算法；蒋海昆建立了慢度离差模型，并引入了遗传算法进行声发射定位，适合于含复杂构造或介质不均匀的样品定位，遗传算法能避免在求解定位方程时可能出现的复数解、无物理意义解等问题；雷兴林运用联合反演的思想，研究了标本三维各向异性波速场的反演及声发射定位的基本理论和方法。在岩土工程小尺度条件的微地震定位中，多采用时差定位方法，其数学算法及物理模型多借鉴声发射定位的研究。石显鑫等通过分析时差，建立并求解超定方程组，给出了现场AE源定位的方法；王焕义依据P波在岩体介质中以常速度传播为假设，采用初次定位和修正定位的二次定位方法，采用正规化过程迭代求解条件方程，并对数据进行了多种加权，对定位结果给出质量评估；姜福兴教授利用P波初到时差，利用牛顿线性迭代法，并结合相关提高定位精度的去噪技术，采用时差定位方法，编制了基于Matlab的定位软件，使定位结果在空间分布上更接近于岩层破裂的实际情形，该技术在鲁西和山东华丰两座煤矿的微地震监测中获得成功应用。随着计算机技术和计算方法的发展，许多非线性定位方法也得到了发展。非线性定位方法能够避免在求目标函数极小值时陷入局部极小点，其中遗传算法是一种非线性全局优化方法；而Powell法是一种直接搜索目标函数极小值的有效方法。随着多学科的相互渗透与交流，有时微地震定位时也可以引用其他学科的最优化方法，如物理学的模拟退火法和生物学的遗传算法等。尤其是近年来基于科学计算、现代数字地震观测技术以及计算机技术的智能化，使得数值自动定位方法得到迅速发展。
综上所述，目前震源定位技术在地下矿山越界开采监督的应用中，取得突破的是地面监测技术，但造价高、精度不稳定，仍无法在实际中推广应用，而可移动的震源定位技术还未见相应的研究，仍具有极高的研究价值。
综上所述，现有技术存在的问题是：现有技术仅能固定安装于一个矿山内，不能重复应用于其他矿山，单个矿山系统安装的价格昂贵，不利于在矿山越界监测上的应用。且该系统设备安装复杂，设备的安装易引起矿山的注意，不利于主管部门的监管。
解决上述技术问题的难度：在满足地下矿山震源定位精度满足要求的情况下，研究可移动、浅表埋设、操作简便且可以重复利用的震源定位方法和技术。
解决上述技术问题的意义：研究可移动、浅表埋设、操作简便且可以重复利用的震源定位方法和技术，可以在地下矿山不知情的情况下，随时部署在需要重点监管的矿山的重点区域，及时发现矿山超层越界违法开采的线索，为矿山执法提供重要数据支撑，并可震慑矿山停止违法开采行为。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种矿山微地震定位控制系统及方法。
本发明是这样实现的，一种矿山微地震定位控制系统，所述矿山微地震定位控制系统包括：
显示模块：用于对矿山开采中微地震事件进行可视化显示；
数据处理模块：用于采用人机交互方式对可视化数据进行编辑处理，所述编辑处理包括但不限于直达波初至拾取，频率域滤波，数据振幅及信噪比分析和简单数据处理；
速度场校准模块：用于利用已知放炮点的位置可以对本区的速度场进行校准；
定位模块：用于利用初至信息和速度信息对采集到的微地震事件进行定位。
进一步，所述矿山微地震地位系统还包括：
文件显示模块：用于显示当前主显示区显示的当前文件与文件夹里的同类其他文件，可通过鼠标滚轮滚动可以选择要浏览的文件，显示区域数据会根据当前激活文件调用显示函数显示当前数据；
观测模块：用于当主界面的二维显示标签将被激活，显示基站布设位置平面图与剖面图；
初至拾取模块：用于基于自动或手动的方式拾取各个基站的数据纵波初至时间；
显示振幅调节模块：用于调节显示区域当前数据振幅；
数据刷新模块：用于对当前显示数据参数进行初始化；
带通滤波模块：用于对当前显示数据进行带通滤波处理；
归一化显示模块：用于根据全局归一化和各基站归一化分别显示当前数据；
分量显示模块：用于通过单选或多选分量显示效果；
参数设置模块：用于设置自动初至拾取参数、带通滤波参数、定位方法参数设置；
速度模型反演模块：用于根据已知震源点的位置，通过射线追踪原理，反演震源到各个基站的平均速度；
定位模块：用于根据自动处理参数执行自动定位功能，可执行的自动处理参数有自动初至拾取、自动带通滤波、自动定位；同时用于根据参数设置的定位方法、速度参数定位当前事件；
显示模块：用于输出矿区CAD图以及三维图。
进一步，所述矿山微地震定位控制系统还包括：
数据合并模块：用于根据采集数据的基站数量和文件数量自动将各个基站的数据进行合并，当有时间段文件缺失情况，自动对当前基站采取充零处理；
筛选事件模块：用于对源文件夹的数据进行筛选，在目标文件夹中生成筛选出来的有用事件；
数据结构：用于自动生成edata和tdata子目录；同时根据输入阶段参数在edata目录下生成stage1-n阶段子目录；
项目在tdata下有shot和station文本文件，将与原始数据对应的基站顺序坐标输入到station文本文件中，以回车结束，将已知炮点文件输入到shot文本文件中，以回车结束，方便软件后续调用处理，定位结束后将生成定位结果，以文本文件格式保存，其中包含事件产生的时间和坐标定位结果。
本发明的另一目的在于提供一种执行所述矿山微地震定位控制系统的矿山微地震定位控制方法，所述矿山微地震定位控制方法包括以下步骤：
步骤一，输入各监测分站的空间位置。
步骤二，各监测分站接收矿山放炮的震动信号。
步骤三，采用人机交互方式对可视化数据进行直达波初至拾取，频率域滤波，数据振幅及信噪比分析和简单数据处理相关编辑处理。
步骤四，利用已知放炮点的位置可以对本区的速度场进行反演校准。
步骤五，利用初至信息和速度信息对采集到的微地震事件进行定位。
进一步，所述定位方法采用Geiger的定位方法：设n个台站的观测到时为t1,t2,…,tn,求震源(x0,y0,z0)及发震时刻t0，使得目标函数最小。目标函数表达式为：
Figure BDA0002419898660000041
Figure BDA0002419898660000042
其中，ri为到时残差，Ti为震源到第i个台站的计算走时。
使目标函数取极小值也即：
▽θφ(θ)＝0， (3)
其中θ＝(t0，x0，y0，z0)T，
Figure BDA0002419898660000043
为方便，记：
g(θ)＝▽θφ(θ)， (4)
则由(3)式，在真解θ附近任意试探解θ*及其校正矢量δθ满足：
g(θ*)+[▽θg(θ*)T]Tδθ＝0. (5)
也即：
[▽θg(θ*)T]Tδθ＝-g(θ*). (6)
由φ的定义可得公式(6)的具体表达式：
Figure BDA0002419898660000044
若θ*偏离真解θ不大，则ri(θ*)和
Figure BDA0002419898660000045
较小，可忽略二阶导数项，(7)式被简化为线性最小二乘解：
Figure BDA0002419898660000051
以矩阵形式表示，上式为：
ATAδθ＝ATr， (9)
其中：
Figure BDA0002419898660000052
若二阶导数项不可忽略，则(7)式给出非线性最小二乘解：
[ATA-(▽θAT)r]δθ＝ATr. (10)
通常各台站的到时数据具有不同的精度，如果不加以区别，则具有较低精度的数据将严重干扰结果的精度，这一问题可以通过引入加权目标函数来解决。设各台站到时残差ri的方差为
Figure BDA0002419898660000053
引入加权目标函数：
Figure BDA0002419898660000054
按照上述同样的步骤，通过求(11)式的极小值，得到如下加权线性最小二乘解：
Figure BDA0002419898660000055
其中，Cr为加权方差矩阵：
Figure BDA0002419898660000056
由方程(9),(10),或(12)求得δθ后，以θ＝θ*+δθ作为新的尝试点，再求解相应方程。如此反复迭代，直至φ或φr足够小(或满足一定的循环结束条件)，此时即得估计解
Figure BDA0002419898660000057
本发明的另一目的在于提供一种执行所述矿山微地震定位控制系统的矿山微地震定位设备，所述设备的硬件组成包括：传感器、数据采集仪、电瓶、数据传输线部分组件。
所述动传感器负责采集高质量波形信号；所述数据采集仪将高质量的波形信号通过A/D转换为数据信号；所述电瓶保证整个系统的用电；所述系统的数据由数据传输线负责传输采集。
本发明的另一目的在于提供一种实现所述矿山微地震定位控制方法的信息数据处理终端。
本发明的另一目的在于提供一种计算机可读存储介质，包括指令，当其在计算机上运行时，使得计算机执行所述的矿山微地震定位控制方法。
综上所述，本发明的优点及积极效果为：本发明针对矿山微地震事件定位而设计，在矿山开采过程中，常常产生的放炮、岩爆、冲击地压等现象，本发明可对以上微地震事件进行可视化显示，采用人机交互方式对可视化数据进行编辑处理，其中包括直达波初至拾取，频率域滤波，数据振幅及信噪比分析和简单数据处理，同时利用已知放炮点的位置可以对本区的速度场做一定的校准，然后利用初至信息和速度信息对采集到的微地震事件进行定位。
本发明以地下矿山爆破位置的定位研究为出发点，综合运用微地震定位技术的理论及方法，通过资料收集、现场试验、系统集成等方法，研究移动便携式震源定位系统，对地下矿山开采行为进行非接触、感应式的监测，解决地下矿山开采活动中的超层、越界、私采、盗采等监管的难题，为提高矿政管理中监管技术的科技含量、丰富监管的手段等实际需求提供必要的技术保障。
本发明创新点主要为三方面：一是优化设计了震波的观测系统；二是研究了震源的反演技术；三是集成了便携式震源定位系统。
(1)观测系统优化设计
本发明对采用炮采的地下矿山地质构造进行综合分析，通过现场实验的方式研究爆破地震波传播距离、传播介质对爆破能量的影响；优化了传感器布置方法，使用较少的传感器实现震源定位。
(2)震源反演技术的研究
爆破信号的自动化事件筛选与高精度自动初到拾取，同时利用Geiger线性和非线性以及单纯形差分定位算法，自动寻找真实速度值减小定位误差，对爆破源位置进行精准反演，辅助分析越界开采的权责。
(3)便携式震源定位系统数据处理与定位系统集成研究
通过对震源定位设备的研究与实验，研发配套的数据处理与定位软件，集成一套能够准确获取地下矿山爆破位置的可移动便携式的震源监测系统。
附图说明
图1是本发明实施例提供的矿山微地震定位控制系统结构示意图；
图中：1、显示模块；2、数据处理模块；3、速度场校准模块；4、定位模块。
图2是本发明实施例提供的矿山微地震定位控制方法流程图。
图3是本发明实施例提供的观测系统各监测分站空间位置示意图。
图4是本发明实施例提供的观测系统各监测分站接收震动信号示意图。
图5是本发明实施例提供的震波初至拾取结果示意图。
图6是本发明实施例提供的速度场反演校准结果示意图。
图7是本发明实施例提供的定位结果图。
图8是本发明实施例提供的成果应用证明示意图。
图9是本发明实施例提供的现场试验与数据处理流程图。
图10是本发明实施例提供的监测分站布置图。
图11是本发明实施例提供的震波合并与初至时刻拾取示意图。
图12是本发明实施例提供的炮4定位结果图。
图13是本发明实施例提供的各炮点平面定位结果图。
图14是本发明实施例提供的各炮点高程定位结果图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种矿山微地震定位控制系统及方法，下面结合附图对本发明作详细的描述。
如图1所示，本发明实施例提供的矿山微地震定位控制系统包括：
显示模块1：用于对矿山开采中微地震事件进行可视化显示；
数据处理模块2：用于采用人机交互方式对可视化数据进行编辑处理，所述编辑处理包括但不限于直达波初至拾取，频率域滤波，数据振幅及信噪比分析和简单数据处理；
速度场校准模块3：用于利用已知放炮点的位置可以对本区的速度场进行校准；
定位模块4：用于利用初至信息和速度信息对采集到的微地震事件进行定位。
本发明实施例提供的矿山微地震定位控制系统具体包括：
工程项目新建、打开模块：用于新建、打开工程项目；
文件显示模块：用于显示当前主显示区显示的当前文件与文件夹里的同类其他文件，可通过鼠标滚轮滚动可以选择要浏览的文件，显示区域数据会根据当前激活文件调用显示函数显示当前数据；
观测模块：用于当主界面的二维显示标签将被激活，显示基站布设位置平面图与剖面图；
初至拾取模块：用于基于自动或手动的方式拾取各个基站的数据纵波初至时间；
显示振幅调节模块：用于调节显示区域当前数据振幅；
数据刷新模块：用于对当前显示数据参数进行初始化；
带通滤波模块：用于对当前显示数据进行带通滤波处理；
归一化显示模块：用于根据全局归一化和各基站归一化分别显示当前数据；
分量显示模块：用于通过单选或多选分量显示效果；
参数设置模块：用于设置自动初至拾取参数、带通滤波参数、定位方法参数设置；
速度模型反演模块：用于根据已知震源点的位置，通过射线追踪原理，反演震源到各个基站的平均速度；
定位模块：用于根据自动处理参数执行自动定位功能，可执行的自动处理参数有自动初至拾取、自动带通滤波、自动定位；同时用于根据参数设置的定位方法、速度参数定位当前事件；
显示模块：用于输出矿区CAD图以及三维图。
本发明实施例提供的矿山微地震定位控制系统还包括：
数据合并模块：用于根据采集数据的基站数量和文件数量自动将各个基站的数据进行合并，当有时间段文件缺失情况，自动对当前基站采取充零处理；
筛选事件模块：用于对源文件夹的数据进行筛选，在目标文件夹中生成筛选出来的有用事件；
数据结构：用于自动生成edata和tdata子目录；同时根据输入阶段参数在edata目录下生成stage1-n阶段子目录；
项目在tdata下有shot和station文本文件，将与原始数据对应的基站顺序坐标输入到station文本文件中，以回车结束，将已知炮点文件输入到shot文本文件中，以回车结束，方便软件后续调用处理，定位结束后将生成定位结果，以文本文件格式保存，其中包含事件产生的时间和坐标定位结果。
如图2所示，本发明实施例提供的矿山微地震定位控制方法包括：
S101：输入各监测分站的空间位置(如图3所示)。
S102：各监测分站接收矿山放炮的震动信号(如图4所示)。
S103：采用人机交互方式对可视化数据进行直达波初至拾取，频率域滤波，数据振幅及信噪比分析和简单数据处理相关编辑处理(如图5所示)。
S104：利用已知放炮点的位置可以对本区的速度场进行反演校准(如图6所示)。
S105：利用初至信息和速度信息对采集到的微地震事件进行定位(如图7所示)。
本发明实施例提供的矿山微地震定位控制方法中，工作定位方法采用Geiger的定位方法，现行的线性定位方法大都源于1912年Geiger提出的经典方法：设n个台站的观测到时为t1,t2,…,tn,求震源(x0,y0,z0)及发震时刻t0，使得目标函数最小。目标函数表达式为：
Figure BDA0002419898660000081
Figure BDA0002419898660000082
其中，ri为到时残差，Ti为震源到第i个台站的计算走时。
使目标函数取极小值也即：
▽θφ(θ)＝0， (4-3)
其中θ＝(t0，x0，y0，z0)T，
Figure BDA0002419898660000083
为方便，记：
g(θ)＝▽θφ(θ)， (4-4)
则由(3)式，在真解θ附近任意试探解θ*及其校正矢量δθ满足：
g(θ*)+[▽θg(θ*)T]Tδθ＝0. (4-5)
也即：
[▽θg(θ*)T]Tδθ＝-g(θ*). (4-6)
由φ的定义可得公式(6)的具体表达式：
Figure BDA0002419898660000091
若θ*偏离真解θ不大，则ri(θ*)和
Figure BDA0002419898660000092
较小，可忽略二阶导数项，(7)式被简化为线性最小二乘解：
Figure BDA0002419898660000093
以矩阵形式表示，上式为：
ATAδθ＝ATr， (4-9)
其中：
Figure BDA0002419898660000094
若二阶导数项不可忽略，则(7)式给出非线性最小二乘解：
[ATA-(▽θAT)r]δθ＝ATr. (4-10)
通常各台站的到时数据具有不同的精度，如果不加以区别，则具有较低精度的数据将严重干扰结果的精度，这一问题可以通过引入加权目标函数来解决。设各台站到时残差ri的方差为
Figure BDA0002419898660000095
引入加权目标函数：
Figure BDA0002419898660000096
按照上述同样的步骤，通过求(11)式的极小值，得到如下加权线性最小二乘解：
Figure BDA0002419898660000097
其中，Cr为加权方差矩阵：
Figure BDA0002419898660000098
由方程(9),(10),或(12)求得δθ后，以θ＝θ*+δθ作为新的尝试点，再求解相应方程。如此反复迭代，直至φ或φr足够小(或满足一定的循环结束条件)，此时即得估计解
Figure BDA0002419898660000099
本发明实施例提供的矿山微地震定位设备的硬件组成包括：传感器、数据采集仪、电瓶、数据传输线部分组件。
动传感器负责采集高质量波形信号，数据采集仪将高质量的波形信号通过A/D转换为数据信号，电瓶保证整个系统的用电，系统的数据由数据传输线负责传输采集，以下是对各部分的详细介绍。
一、传感器
矿山地下放炮会产生地震波，地震检波传感器就是用于接收和采集地震波数据的前端设备。矿山放炮产生的地震波能量一般较高，传播距离远，信号初至清晰，主频在几十赫兹左右。本次矿山监测采用的传感器参数如下：
1.传感器类型：无源传感器，三分量速度计(三个方向N、E、Z)相互垂直；
2.自然频率：4.5Hz；
3.频带范围：4.5HZ～1500HZ；
4.灵敏度：200V/m/s；
5.设备尺寸：直径50mm，高140mm。
二、数据采集仪
数据采集仪是将传感器接收的地震波由模拟信号转换成数字信号并存储。地震传感器和地震数据采集仪联合工作才能实现完整的地震数据采集功能，即在功能上，二者是密不可分的整体。重庆地区野外工作环境复杂，温度高、湿度大，本次矿山放炮监测采用了sigma多用途地震记录仪，其仪器参数如下：
1.设备型号：sigma多用途地震记录仪；
2.通道数：3通道；
3.动态范围：126dB；
4.模数转换：32位；
5.采样率(Hz)：4000，2000，1000，500,250,125；
6.本底噪声<0.1μV RMS@2ms；
7.道际串扰：优于-125dB；
8.谐波失真THD：小于0.002％；
9.内置存储：工业级CF卡32G以上；
10.时间同步方式：GPS；
11.时间同步精度：±0.1μs；
12.每道功耗：工作0.48瓦/休眠0.01瓦；
13.工作温度：-40℃-+85℃；
14.工作湿度：0-80％。
三、电瓶
野外工作期间，需要采用可移动的电瓶为数据采集仪提供电力。本次采用的电瓶为骆驼牌电瓶，主要设备参数如下：
1、型号：L2-400；
2、电压：12伏特；
3、重量：17kg；
4、尺寸：242mm*175mm*190mm；
5、额定容量：60-69。
下面结合具体实施例对本发明的技术方案作进一步说明。
实施例1
1、软件概述
本发明上微地震事件进行可视化显示，采用人机交互方式对可视化数据进行编辑处理，其中包括直达波初至拾取，频率域滤波，数据振幅及信噪比分析和简单数据处理，同时利用已知放炮点的位置可以对本区的速度场做一定的校准，然后利用初至信息和速度信息对采集到的微地震事件进行定位。
2、具体功能介绍
(1)新建工程项目
鼠标左键单击新建项目按钮控件，弹出新建工程项目对话框，输入新疆项目名称，施工阶段数量，左键点击浏览控件按钮，选择项目保存路径，OK按钮完成新建工程项目。
(2)打开工程项目
鼠标左键单击打开工程项目按钮控件，弹出项目文件选择文件夹对话框，选择要打开的工程文件与文件夹，格式支持*.proj与*.prj。
(3)阶段工程下拉文件列表
鼠标单击下拉文件列表控件右边的倒三角，展开下拉文件列表，显示当前主显示区显示的当前文件与文件夹里的同类其他文件，通过鼠标滚轮滚动可以选择要浏览的文件，显示区域数据会根据当前激活文件调用显示函数显示当前数据。
(4)观测系统
鼠标左键单击观测系统按钮控件，主界面的二维显示标签将被激活，显示基站布设位置平面图与剖面图。
(5)初至拾取开关按钮
激活按钮，鼠标左键单击切换拾取功能的开关，当开关按钮激活时，鼠标左键双击主界面数据波形显示标签中显示的各个基站的数据，来拾取各个基站的数据纵波初至时间，也可以鼠标左键拖动拾取位置，来拾取各个基站的数据纵波初至时间；同样通过右键来控制来拾取各个基站的数据横波初至时间；当开关按钮关闭时，拾取功能将关闭，这时可以通过鼠标中间滚轮来控制数据时间轴的缩放，也可以拖动鼠标来拖动数据显示目标位置。
(6)自动初至拾取
鼠标左键单击自动初至拾取控件按钮，将自动对当前显示数据进行拾取。
(7)保存初至按钮
鼠标左键点击按钮，当前修改的初至将被保存至当前数据文件相应道头位置。
(8)显示振幅减小、增加按钮控件
点击振幅减小按钮，显示区域当前数据振幅相应减小，点击振幅增加按钮，显示区域当前数据振幅相应增加。
(9)显示数据刷新按钮
点击数据刷新按钮，将对当前显示数据参数进行初始化，例如做了带通滤波的数据，可以通过点击该按钮恢复带通滤波前的显示效果。
(10)带通滤波按钮
点击带通滤波按钮，将对当前显示数据进行带通滤波处理。
(11)归一化显示方式下拉列表
点击下拉列表倒三角按钮，显示区域数据将根据esemble(全局归一化)和instrument(各基站归一化)显示方式显示当前数据。
(12)数据选择下拉列表按钮控件
点击数据选择下拉列表按钮控件，展开下拉列表，单击要选择显示的当前数据，或者单击选择前一个数据，选择后一个数据。
(13)分量选择按钮
鼠标左键单击分量选择按钮控件，弹出分量选择对话框，可以单选或多选分量显示效果。
(14)设置参数按钮
点击设置参数按钮，将弹出参数设置对话框，包括自动初至拾取参数设置对话框标签、带通滤波参数设置对话框标签、定位方法参数设置对话框标签。
1)自动初至拾取参数设置
自动处理选项可以勾选，可以选择自动拾取纵波初至，设置前窗和后窗窗口大小，窗口值为样点个数，假设数据采样间隔为1ms，设置窗口即为ms单位；然后设置自动拾取门槛值，一般选5-10的范围；同理，可以设置自动拾取横波初至参数和拾取的门槛值大小。
2)带通滤波参数设置
自动处理选项可以勾选，可以选择梯形窗口滤波器、butterworth窗口滤波器，梯形窗滤波范围可以输入4个梯形滤波频率值，butterworth窗口滤波器可以设置高低频率值、低阶、高阶值。
3)定位方法参数设置
自动处理选项可以勾选，可以选择Geiger线性、非线性反演方法，以及Simplex单纯形差分、差商求解方法，一般选择经典Geiger线性、非线性反演方法，速度参数根据已知震源位置反演平均速度场结果或者根据当地区域地质情况设置。
(15)速度模型反演按钮
鼠标左键单击速度模型反演按钮，软件会根据已知震源点的位置，通过射线追踪原理，反演震源到各个基站的平均速度。
(16)自动定位功能按钮
鼠标左键单击自动定位功能按钮，软件会根据(14)参数设置的自动处理参数来执行自动定位功能，可执行的自动处理参数有自动初至拾取、自动带通滤波、自动定位。
(17)定位当前事件按钮
鼠标左键单击定位当前事件按钮，软件会根据(14)参数设置的定位方法、速度参数来执行定位当前事件功能。
(18)关于软件对话框
鼠标左键单击关于软件对话框按钮，弹出单击关于软件对话框，显示软件版本号，开发人员及联系方式。
(19)CAD显示
在项目文件夹中，若存在CAD图，则点击CAD，可查看矿区CAD图。同时若有定位信息，则会在上面会标注出炮点及接收点。
(20)三维图显示
若项目文件夹中存在.obj格式的三维图像文件，点击三维图Tab页，即可查看矿区三维图像。
3、附件
(1)数据合并模块
鼠标左键单击数据合并模块按钮控件，调出数据合并模块。选择采集数据文件夹，模块会根据采集数据的基站数量和文件数量自动将各个基站的数据进行合并，当有时间段文件缺失情况，模块会自动对当前基站采取充零处理。
(2)筛选事件模块
鼠标左键单击筛选事件模块按钮控件，调出筛选事件模块。选择源文件夹和目标文件夹，文件类型，输出样点个数，筛选的门槛值(一般为5-7)，以及至少保证有事件的基站数量，然后点击开始，模块会对源文件夹的数据进行筛选，在目标文件夹中生成筛选出来的有用事件，方便处理人员处理。
(3)数据结构
新建完项目工程后，软件会在项目目录下自动生成edata和tdata子目录。
项目根据输入阶段参数在edata目录下生成stage1-n阶段子目录，处理人员须将筛选出来的有用事件拷贝到对应的阶段子目录，方便后续处理。
项目在tdata下有shot和station文本文件，将与原始数据对应的基站顺序坐标输入到station文本文件中，以回车结束，将已知炮点文件输入到shot文本文件中，以回车结束，方便软件后续调用处理，定位结束后将生成定位结果，以文本文件格式保存，其中包含事件产生的时间和坐标定位结果。
实施例2：定位软件测试试验
1、定位软件定位原理：
经典的定位方法均为时间域内的定位方法，基于对到时残差的处理，几个震源参数彼此不完全独立，定位结果依赖于速度结构和台网分布。为了克服上述缺点，人们同时提出了空间域内的定位方法，即用距离残值代替到时残差，方程只涉及震中位置，震源深度和发震时刻单独求解，避免了参数的相互折衷，定位精度较高。
2、定位软件定位方法：
从数学上讲，地震定位问题的实质在于求目标函数的极小值。各种定位方法产生于对目标函数的构造、处理，以及求极小值方法的不同。影响地震定位精度的主要因素有：台网布局，震相识别，到时读数，地壳结构等。在数值计算中，常遇到下列问题：走时的计算，偏导数的计算，方程的反演求解等。由于台网分布在地表，给深度定位带来一定的困难。各种定位方法正是针对其中的某几个问题而设，各有优、缺点。
Geiger方法是解决原始T0时间与震源位置(x0，y0，z0)问题的方法，即理论走时与实际走时平方和最小问题。该算法使用时间导数的大小向正确的位置迭代(震源在空间位置的微小改变将导致走时的变化)。
程序使用从P波或S波到达时间进行SVD(奇异值分解)反演。Geiger方法的优点是：(1)通过条件数估计SVD反演使程序更加稳定，(2)协方差矩阵的高级分析可以给出(X，Y，Z误差估计)。Geiger方法本质上也属于最小二乘问题(L2范数问题)。
θ＝(t0,x0,y0,z0)
即坐标h＝(x0，y0，z0)和原点时间t0。
时间残差ri(其中，i等于1到站n的数量)是所计算的到达时间Ti与观察到的到达时间ti之间的差异，校正到事件的时间零点t0：
ri＝ti-t0-Ti
与到达时间和位置有关的函数是非线性的，因为没有单步方法来找到最佳事件位置。标准技术是将问题线性化：
θ＝θ*+Δθ
其中θ*是靠近真实位置的源位置估计，并且Δθ是小扰动
一阶泰勒展开：
Figure BDA0002419898660000141
通过选择起始位置，解决对于Δθ的矩阵问题(例如通过奇异值分解)，然后迭代直到该调整参数达到用户设定的最小值，来找到盖格位置。
相对定位所得的震源相对位置精度较高。对于主事件，可以利用改进后的经典方法进行单事件定位。二者结合将可以得到较好的定位结果。
JHD方法中引入的台站校正过于简单，不足以反映地壳的复杂结构；而SSH方法中的三维速度模型会带来巨大的运算量。如果我们能够构造一种介于二者之间的校正参数，比如将台站校正作为有方向的矢量，进行联合反演，可能效果更好。
在DDA方法中，当事件对i,j相距较近时，可以将(23)式化简，反演得到i,j的相对距离。同时我们可以选取较少的事件，用联合反演进行绝对定位。将二者结合可以减少运算量，提高定位效率。
3、定位软件研发后，为了保证其定位精度，并验证现场布设监测分站的合理个数，项目组人员在南川区水江铝矿开展了一次测试试验。为了保证软件在理想环境下的定位精度满足本项目的要求，采用了基于现场踏勘的爆破数值模拟措施，试验的内容如下：
(一)试验地点
南川区水江镇水江铝土矿
(二)试验时间
2017年11月27日-12月1日
(三)试验设备及辅材
1、设备
本次试验的设备为15个检波器探头、15台数据采集仪、15台电瓶与1台笔记本电脑。
2、辅材
辅材主要为检波器探头与数采仪、数采仪与电瓶之间的连接线各15条，数采仪与笔记本电脑的连接线1条。
(四)试验步骤
1、确定监测分站位置
本次试验共采集了矿山的5次放炮数据，项目组试验人员将矿山的放炮点位置导入Google earth软件中,在实地踏勘现场的地形地貌与交通情况后，在地表分别布设5个、7个、10个、12个以及15个监测分站，确定了15个监测分站的位置，并用高精度GPS记录各个监测分站准确的位置坐标。
2、安装监测设备
监测设备的安装较为简便：把地表覆土清除后挖出1个60-100厘米的小坑，将检波器探头埋置于坑内，再连接数采仪，并接通电瓶供电。待指示功能灯正常后，根据现场背景的噪音情况，设置数采仪的采样参数。参数设置完成后，系统即会自动、连续的监测矿山放炮数据。
(3)采集震动信号
待矿山放炮完毕后，项目人员将笔记本电脑与数采仪连接，采集矿山放炮时间内的震动信号。本次试验在安装5个、7个、10个、12个与15个监测分站时均采集到了清晰的震动信号。
(五)试验结果
1、5个监测分站试验结果
设计模型数据，模型速度为3200m/s，监测分站数量为5个。
表2试验定位结果表
坐标 实际位置 定位结果 误差
X(北) 300.00m 311.4m 11.4m
Y(东) 350.00m 358.7m 8.7m
Z(深度) -500.00m -487.9m 12.1m
2、7个监测分站试验结果
设计了模型数据，模型速度为3200m/s，监测分站数量为7个。
表3试验定位结果表
坐标 实际位置 定位结果 误差
X(北) 300.00m 299.46m 0.54m
Y(东) 350.00m 350.01m 0.01m
Z(深度) -500.00m -509.03m 9.03m
3、10个监测分站试验结果
设计了模型数据，模型速度为3200m/s，监测分站数量为10个。
表4试验定位结果表
坐标 实际位置 定位结果 误差
X(北) 300.00m 300.9m 0.9m
Y(东) 350.00m 351m 1m
Z(深度) -500.00m -503.9m 3.9m
4、12个监测分站试验结果
设计了模型数据，模型速度为3200m/s，监测分站数量为12个。
表5试验定位结果表
坐标 实际位置 定位结果 误差
X(北) 300.00m 299.6m 0.6m
Y(东) 350.00m 350.3m 0.3m
Z(深度) -500.00m -502.6m 2.6m
5、15个监测分站试验结果
设计了模型数据，模型速度为3200m/s，监测分站数量为15个。
表6试验定位结果表
坐标 实际位置 定位结果 误差
X(北) 300.00m 300.8m 0.8m
Y(东) 350.00m 350.2m 0.2m
Z(深度) -500.00m -499.5m 0.5m
(6)结果分析
经分析，随着监测分站数量的增多，定位误差整体上呈下降的趋势，这与Geiger定位方法的原理是一致的。监测分站数量在5个时，误差较高，平面误差约8-11米，高程误差约12米；当监测分站增加到7个时，平面上(X与Y方向)误差可以降低到1米以内，高程误差约9米；当监测分站增加到10个时，平面上(X与Y方向)误差在1米以内，高程误差可降低到约4米；当监测分站增加到12与15个时，平面上(X与Y方向)误差在1米以内，高程误差可降低到约1米以内。综上，在综合考虑成本、现场工作量及定位精度的情况下，监测分站数量在10个时较为理想。
实施例3
如图8所示，是本发明实施例提供的矿山微地震定位软件用户应用报告。
2017年10月-2018年1月期间，重庆地质矿产研究院的相关技术人员，在我矿区开展了地下矿山的震源定位试验，经过反复验证，取得了一定的效果，主要工作成果如下：
一、矿山概况
(一)交通位置
重庆水江铝矿位于南川区城东30公里处，行政区划隶属南川区水江镇境内，矿区交通以陆路汽运为主，石雷公路经过矿区北部，由矿区向西南沿该公路行程30km至南川区火车站(南川—万盛铁路)，至水江铝土矿约45km。另有渝湘高速公路于矿区北部水江镇通过，从水江镇经该公路至重庆市主城区约110km，矿区交通非常方便。
(二)矿权设置
水江铝矿为生产矿山，矿区范围由27个拐点坐标圈定(80西安坐标，矿区范围拐点坐标见下表。矿区面积0.9464km2，开采标高为+617～+150m，设计生产能力150kt/a。矿山主井口(主平硐)坐标为X＝3234746.259，Y＝36431028.799，Z＝+563.4m(1980西安坐标)。
(三)相邻矿权
据重庆市南川区国土房管局查证，水江铝矿西与大隆煤矿(开采二叠系上统龙潭组K1煤层，标高+650～+200m，已停产)、五星煤矿(开采二叠系上统龙潭组K1煤层，标高+1000～+720m，已关闭)相邻；东部与水江煤矿(开采二叠系上统龙潭组K1煤层，标高+630～+430m，已停产)及潼仪煤矿(开采二叠系上统龙潭组K1煤层，开采标高+1100～+500m，已停产)相邻，与潼仪煤矿部分矿界重叠，但开采矿种不同，无资源纠纷；北东侧与张家湾煤矿(开采二叠系上统龙潭组K1煤层，开采标高+1000～+720m，已关闭)相邻，两矿最近点相距约150m。本矿与相邻矿山开采矿种及层位不同，均无矿产资源纠纷，且与各相邻矿山签有矿井边界互保协议。本次试验期间，周边矿山均未生产，不会对本次试验造成影响。
(四)地质简介
矿区位于区域一级构造龙骨溪背斜西翼之次级构造卢家坝背斜北段倾覆端，岩层总体上走向北东，岩层倾向南东或北西。区内无次级褶皱，发育区内发育有F2、F3、F4断层断层及构造裂隙。矿山范围内存在一隐伏逆断层(编号F4断层)对矿体开采有一定影响，F4断层断层推测延长约750m左右，垂直断距约20m左右，断面总体倾向西，倾角约40°左右，为一逆断层。
矿山矿层赋存于梁山组(P2l)中上部，顶部及底部岩性为灰黑色页岩、炭质页岩，下部为深灰色～灰色～灰白色铝质粘土顶部顶部及底部岩性为灰黑色页岩、炭质页岩，下部为深灰色～灰色～灰白色铝质粘土岩、粘土岩，其中上部夹铝土矿层，厚0.37～2.52m，一般厚1.10～1.80m，平均厚度1.36m；铝土矿层下部伴生有铁矾土矿层，厚度0.53～2.50m，平均1.08m。矿区出露最老地层为志留系中统韩家店组(S2h)，最新地层为三叠系下统嘉陵江组(T1j)。
(五)矿山开发简介
矿井开拓划分为五个水平，即+150m、+250m、+350m、+450m、+570m五个水平,确定首采水平为+570m水平；采用自上而下开采顺序，目前矿山正在动用+450m和+350m两个水平资源。
二、试验原理与流程
(一)试验原理
矿山在开采掘进放炮时，会产生微弱的地震波向四周传散。试验利用布置在矿区周边地面上的微震检波器，记录这些震波到达检波器的时间、强度、速度与频率等信息，根据这些信息的分析与计算，在定位软件中得出震源点的三维地理坐标，对比已知的矿山放炮点坐标，从而验证试验结果是否成功有效。
(二)试验流程
本次试验包括野外踏勘、监测设备安装、震动信号采集、室内数据分析与震源信号定位等工作，具体试验与数据处理流程如图9所示。
1.踏勘矿山周边地形、地貌、地表岩性、周边环境噪声等，设计矿山放炮监测系统，使用高精度GPS确定监测点位置，精准确定、记录每一个监测点坐标；
2.确定监测点后，挖开地表浮土，将地震传感器埋置于地表下60-100厘米，传感器X方向统一标定为东向，确保传感器能接收到有效放炮信号；
3.将传感器、数据采集器连接，并连接蓄电池供电。查看数据采集器功能灯状态，确定仪器工作正常，GPS授时完成，保持每台监测仪器时间同步，开始记录监测数据；
4.查看监测背景数据，分析背景噪声数据，合理调整采样参数，达到较好的采样效果；
5.参数设置完成，系统自动、连续、监测矿山放炮数据；
6.放炮结束后，下载监测数据，分析信号频谱特征；
7.拾取放炮信号初至，建立区域速度模型，对信号进行空间定位。
三、矿山现场试验结果
(一)试验设备及辅材
1、设备
本次试验的设备为10个检波器探头、10台数据采集仪、10台电瓶与1台笔记本电脑。
2、辅材
辅材主要为检波器探头与数采仪、数采仪与电瓶之间的连接线各10条，数采仪与笔记本电脑的连接线1条。
(二)试验步骤
1、确定监测分站位置
本次试验中，矿山因开采在矿区内不同位置共放炮了8次，项目组试验人员将矿山的放炮点位置导入Google earth软件中(炮点信息见下表)。在实地踏勘了现场的地形地貌与交通情况后，确定了10个监测分站的位置(见图10)，并用高精度GPS记录监测分站准确的位置坐标，各个监测分站的坐标见表1。
2、安装监测设备
监测设备的安装较为简便：把地表覆土清除后挖出1个60-100厘米的小坑，将检波器探头埋置于坑内，再连接数采仪，并接通电瓶供电。待指示功能灯正常后，根据现场背景的噪音情况，设置数采仪的采样参数。参数设置完成后，系统即会自动、连续的监测矿山放炮数据。
3、采集震动信号
本矿山放炮的时间为每天的10：00-13：00与17：00-18：00之间，待放炮完毕后，试验人员将笔记本电脑与数采仪连接，采集放炮时间内的震动信号。本次试验10个监测分站采集的信号，其中的9个监测分站采集到8次放炮信号，震动波形起跳明显，震动信号强烈。另外1个监测分站因故障未能正常工作，未能采集到震动信号。
(三)试验结果
采集震动信号后，对多个震动数据进行数据合并、信号去噪、筛选识别有效信号，运用软件自动与人工手动相结合的方式，分析各个传感器接收到信号的初至时刻。以选取第4炮的数据展示，震波合并与初至时刻拾取如图11所示。
完成初至时刻拾取后，选取参考速度为3223m/s，进行自动定位，定位结果如图12所示，各炮点平面定位结果如图13所示，各炮点高程定位结果如图14所示。
本次试验由于该工区地震波速度存在明显的各向异性情况，均匀速度建模的可靠性相对较差，为了降低建模的误差，本次试验利用前三次已知炮点的位置，反推后五次炮点位置。通过定位结果，5次放炮平面位置定位的平均误差为16米，高程位置定位的平均误差为17米，综合误差在5％左右，试验的定位精度较高。
表1定位结果一览表
Figure BDA0002419898660000191
应当注意，本发明的实施方式可以通过硬件、软件或者软件和硬件的结合来实现。硬件部分可以利用专用逻辑来实现；软件部分可以存储在存储器中，由适当的指令执行系统，例如微处理器或者专用设计硬件来执行。本领域的普通技术人员可以理解上述的设备和方法可以使用计算机可执行指令和/或包含在处理器控制代码中来实现，例如在诸如磁盘、CD或DVD-ROM的载体介质、诸如只读存储器(固件)的可编程的存储器或者诸如光学或电子信号载体的数据载体上提供了这样的代码。本发明的设备及其模块可以由诸如超大规模集成电路或门阵列、诸如逻辑芯片、晶体管等的半导体、或者诸如现场可编程门阵列、可编程逻辑设备等的可编程硬件设备的硬件电路实现，也可以用由各种类型的处理器执行的软件实现，也可以由上述硬件电路和软件的结合例如固件来实现。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种矿山微地震定位控制系统，其特征在于，所述矿山微地震定位控制系统包括：
显示模块：用于对矿山开采中微地震事件进行可视化显示；
数据处理模块：用于采用人机交互方式对可视化数据进行编辑处理，所述编辑处理包括但不限于直达波初至拾取，频率域滤波，数据振幅及信噪比分析和简单数据处理；
速度场校准模块：用于利用已知放炮点的位置可以对本区的速度场进行校准；
定位模块：用于利用初至信息和速度信息对采集到的微地震事件进行定位；
所述矿山微地震地位系统还包括：
文件显示模块：用于显示当前主显示区显示的当前文件与文件夹里的同类其他文件，可通过鼠标滚轮滚动可以选择要浏览的文件，显示区域数据会根据当前激活文件调用显示函数显示当前数据；
观测模块：用于当主界面的二维显示标签将被激活，显示基站布设位置平面图与剖面图；
初至拾取模块：用于基于自动或手动的方式拾取各个基站的数据纵波初至时间；
显示振幅调节模块：用于调节显示区域当前数据振幅；
数据刷新模块：用于对当前显示数据参数进行初始化；
带通滤波模块：用于对当前显示数据进行带通滤波处理；
归一化显示模块：用于根据全局归一化和各基站归一化分别显示当前数据；
分量显示模块：用于通过单选或多选分量显示效果；
参数设置模块：用于设置自动初至拾取参数、带通滤波参数、定位方法参数设置；
速度模型反演模块：用于根据已知震源点的位置，通过射线追踪原理，反演震源到各个基站的平均速度；
定位模块：用于根据自动处理参数执行自动定位功能，可执行的自动处理参数有自动初至拾取、自动带通滤波、自动定位；同时用于根据参数设置的定位方法、速度参数定位当前事件；
显示模块：用于输出矿区CAD图以及三维图。
2.如权利要求1所述的矿山微地震定位控制系统，其特征在于，所述矿山微地震定位控制系统还包括：
数据合并模块：用于根据采集数据的基站数量和文件数量自动将各个基站的数据进行合并，当有时间段文件缺失情况，自动对当前基站采取充零处理；
筛选事件模块：用于对源文件夹的数据进行筛选，在目标文件夹中生成筛选出来的有用事件；
数据结构：用于自动生成edata和tdata子目录；同时根据输入阶段参数在edata目录下生成stage1-n阶段子目录；
项目在tdata下有shot和station文本文件，将与原始数据对应的基站顺序坐标输入到station文本文件中，以回车结束，将已知炮点文件输入到shot文本文件中，以回车结束，方便软件后续调用处理，定位结束后将生成定位结果，以文本文件格式保存，其中包含事件产生的时间和坐标定位结果。
3.一种执行如权利要求1所述矿山微地震定位控制系统的矿山微地震定位控制方法，其特征在于，所述矿山微地震定位控制方法包括以下步骤：
步骤一，输入各监测分站的空间位置；
步骤二，各监测分站接收矿山放炮的震动信号；
步骤三，采用人机交互方式对可视化数据进行直达波初至拾取，频率域滤波，数据振幅及信噪比分析和简单数据处理相关编辑处理；
步骤四，利用已知放炮点的位置可以对本区的速度场进行反演校准；
步骤五，利用初至信息和速度信息对采集到的微地震事件进行定位。
4.如权利要求3所述矿山微地震定位控制方法，其特征在于，所述定位方法采用Geiger的定位方法：设n个台站的观测到时为t1,t2,…,tn,求震源(x0,y0,z0)及发震时刻t0，使得目标函数最小；目标函数表达式为：
ri＝ti-t0-Ti(x0，y0，z0)
其中，ri为到时残差，Ti为震源到第i个台站的计算走时；
使目标函数取极小值也即：
其中，θ＝(t0，x0，y0，z0)T，为方便，记：
则由(3)式，在真解θ附近任意试探解θ*及其校正矢量δθ满足：
g(θ*)+[▽θg(θ*)T]Tδθ＝0 (5)
也即：
[▽θg(θ*)T]Tδθ＝-g(θ*) (6)
由的定义可得公式(6)的具体表达式：
若θ*偏离真解θ不大，则ri(θ*)和较小，可忽略二阶导数项，(7)式被简化为线性最小二乘解：
以矩阵形式表示，上式为：
ATAδθ＝ATr， (9)
其中：
若二阶导数项不可忽略，则(7)式给出非线性最小二乘解：
引入加权目标函数，设各台站到时残差ri的方差为引入加权目标函数：
通过求(11)式的极小值，得到如下加权线性最小二乘解：
其中，Cr为加权方差矩阵：
由方程(9),(10),或(12)求得δθ后，以θ＝θ*+δθ作为新的尝试点，再求解相应方程；如此反复迭代，直至或足够小(或满足一定的循环结束条件)，此时即得估计解
5.一种执行如权利要求1所述矿山微地震定位控制系统的矿山微地震定位设备，其特征在于，所述设备的硬件组成包括：传感器、数据采集仪、电瓶、数据传输线部分组件；所述传感器负责采集高质量波形信号；所述数据采集仪将高质量的波形信号通过A/D转换为数据信号；所述电瓶保证整个系统的用电；所述系统的数据由数据传输线负责传输采集。
6.一种实现权利要求3所述矿山微地震定位控制方法的信息数据处理终端。
7.一种计算机可读存储介质，包括指令，当其在计算机上运行时，使得计算机执行如权利要求3所述的矿山微地震定位控制方法。
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