微震震源定位的關(guān)鍵因素作用機制及可靠性研究.pdf

1、微震監(jiān)測技術(shù)作為一種實時、動態(tài)、連續(xù)的監(jiān)測手段,在礦山、石油和邊坡等巖土工程中得到了廣泛應用。震源定位是微震技術(shù)應用的基礎(chǔ),也是國內(nèi)外研究的重點和熱點。震源定位的影響因素及其作用機制、震源定位可靠性評價方法是當前亟需解決的關(guān)鍵科學和技術(shù)問題。為此,本文圍繞微震震源定位及可靠性評價,采用理論分析、實驗室實驗、數(shù)值模擬、現(xiàn)場試驗等方法,研究并揭示了關(guān)鍵因素對震源定位的影響規(guī)律和作用機制;建立了微震到達波類型自動識別模型(APSIM)、基于A

2、PSIM的單純形震源定位方法(APSIM-Simplex)和震源定位可靠性綜合評價體系(SLRES);開發(fā)了微震定位與可靠性評價系統(tǒng),并進行了試驗驗證和現(xiàn)場應用。
　　實驗研究了不同微震臺網(wǎng)布設、波速和到時誤差對震源定位可靠性的影響規(guī)律。結(jié)果表明,微震臺網(wǎng)內(nèi)部的震源定位精度高,隨著震源遠離臺網(wǎng)中心,定位精度和穩(wěn)定性都呈下降趨勢;臺網(wǎng)對震源定位的影響存在方向性,不同方向上的定位誤差和變化特征都不相同,且存在定位精度下降最快的方向。震

3、源定位精度隨波速和到時輸入誤差的增加而降低,并且下降的速率越來越快;不同位置震源定位受輸入誤差影響不同,臺網(wǎng)內(nèi)部震源受輸入誤差影響較小,臺網(wǎng)邊緣和外部的震源受輸入誤差影響較大。
　　建立了微震震源定位雙曲線控制方程(MHGE),分析了震源定位雙曲線域的非均勻性幾何特性。研究并揭示了微震臺網(wǎng)對震源定位的幾何擴散效應和方向控制效應,分別構(gòu)建了兩種效應的三維空間量化模型,提出了配對傳感器的方向角,確定了空間微震臺網(wǎng)的優(yōu)化布置原則。對比分

4、析了波速和到時誤差在震源求解中的傳播特性;根據(jù)關(guān)鍵雙曲線和微震臺網(wǎng)形態(tài),監(jiān)測區(qū)域可劃分為到時誤差主導和波速誤差主導的兩個不同區(qū)域,通常在微震臺網(wǎng)內(nèi)部到時誤差是造成定位誤差的主導因素,隨著震源遠離臺網(wǎng)中心,波速誤差逐漸成為造成定位誤差的主導因素。
　　傳感器到時之間存在觀測到時差值、P波到時差值理論極限和延遲波到時差值理論極限。根據(jù)微震臺網(wǎng)和監(jiān)測空間幾何特征、到時差值和臺站殘差,分別構(gòu)建了到時差值分析表和殘差分析表,進而建立了微震到

5、達波類型(P波、S波、延遲波和外部異常波)自動識別模型(APSIM)和基于APSIM的單純形微震震源定位方法(APSIM-Simplex)。現(xiàn)場試驗結(jié)果表明,APSIM能夠?qū)波、S波、延遲波和外部異常波四種到達波類型進行有效識別;APSIM-Simplex求解系統(tǒng)穩(wěn)定,震源定位精度得到了很大的提高。
　　提出了評價震源定位可靠性的事件殘差指標、敏感度指標、觸發(fā)序列指標,確定了各指標的評價準則,建立了震源定位可靠性綜合評價體系(S

6、LRES),并進行了實驗驗證。結(jié)果表明,SLRES能夠?qū)Χㄎ唤Y(jié)果進行全面有效評價,評價結(jié)果符合實際情況。
　　綜合APSIM、APSIM-Simplex和SLRES,開發(fā)了微震定位與可靠性評價系統(tǒng),并進行了現(xiàn)場應用。結(jié)果表明,該系統(tǒng)實現(xiàn)了震源的高精度定位,而且能夠?qū)φ鹪炊ㄎ豢煽啃赃M行綜合評價,滿足現(xiàn)場微震監(jiān)測需求。
　　本文研究成果對進一步提高震源定位精度和微震監(jiān)測預警的準確性、促進微震監(jiān)測技術(shù)的應用等具有重要理論意義和應用