[发明专利]一种基于到时差数据库的微地震震源快速定位方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种微地震震源定位方法，尤其指一种基于到时差数据库的微地震震源快速定位方法。

背景技术

采矿、隧道掘进等岩体工程中，采掘活动会引起岩体内局部区域的变形或破裂，同时伴随着应变能迅速释放而产生瞬态弹性波，这种现象被称为微地震。由于微地震是岩体变形、裂纹开裂及扩展过程的伴生现象，它与围岩结构的力学行为有着密切的相关性，因此，微地震震源信号中包含了大量的关于围岩受力破坏以及地质缺陷活化过程的有用信息，可据此推断岩石材料的力学行为，预测围岩结构是否发生破坏。近年来对围岩远场致灾动载源进行实时监测预警的微震监测技术已广泛应用于岩体工程领域，其是对岩爆、冲击地压以及采空区垮塌等灾害预测预报的最有效的监测方法之一。微震震源定位是微震监测技术的核心，能否进行快速、精确的定位是微震监测系统能够发挥作用的关键。

在采矿、隧道掘进等岩体工程领域，因冲击地压、岩爆等动力灾害具有突发性，在灾害发生前虽有一定的征兆，但往往由于缺乏高效的微震定位方法，导致微震监测系统的灾害预警滞后，作业人员及设备来不及撤离工作面，给人员生命财产造成重大损失。

传统的微震定位方法大多涉及迭代求解函数的最优值问题，但在数据量庞大的情况下，迭代过程会浪费大量宝贵的动力灾害预测预警时间，因此对震源的快速、精确求解是微震定位算法的努力方向。基于此，本发明提出一种基于到时差数据库的微地震震源快速定位方法，且随网格划分密度越大，定位结果越精确。

发明内容

为解决上述问题，本发明目的是提供一种基于到时差数据库的微地震震源快速定位方法，通过预先对监测区域进行数值建模及网格划分，建立特征震源点到时差数据库，利用数据库的快速匹配特点对实际震源进行定位，同时通过提高网格划分密度，可达到快速、精确定位的目的。

本发明方法的具体步骤为：

a.在被监测区域布设传感器，T_i(i＝1,2,...,n)表示第i个传感器，其位置坐标可表示为(x_i,y_i,z_i)；

b.对被监测区域进行数值建模，并进行网格划分，将每个网格节点作为代表该位置的特征震源点P_i(i＝1,2,...,n)，其位置坐标为(x_oi,y_oi,z_oi)；

c.计算每个特征震源点P_i的到时差矩阵N_kij，建立到时差数据库；

①均质条件下，单一特征震源点P_i到时差矩阵求解原理如下：

假设震源波传播速度为v，L_i(i＝1,2,...,n)为传感器T_i至特征震源点P_i的距离；t_i(i＝1,2,...,n)为震动波到达传感器T_i的时刻，t₀为特征震源点P_i震源产生的时刻，则：

则震源波到达两任意不同传感器T_i和T_j的到时差矩阵元素Δt_ij可表示为：

②各向异性非均质条件下，单一特征震源点P_i到时差矩阵的求解基于射线追踪算法，原理如下：

将特征震源点P_i发出的震源波离散成若干段的射线，对各段射线的轨迹和走时累加，得出各向异性非均质介质中射线分布和到达各个传感器的时间信息。已知特征震源点P_i、传感器T_i位置坐标及区域速度结构模型的情况下，震源的射线路径可由射线参数p唯一确定：

式中：Δ是震中距(特征震源点与传感器两点之间的水平距离)，p＝sinθ_k/v_k是射线参数；v_k，θ_k，h_k，分别表示第k层的速度、入射角、真实厚度和等效厚度；l，s，z_s分别表示模型总层数、特征震源点所在层数及其深度。