微震震源定位的關(guān)鍵因素作用機(jī)制及可靠性研究.pdf

1、微震監(jiān)測(cè)技術(shù)作為一種實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)、連續(xù)的監(jiān)測(cè)手段,在礦山、石油和邊坡等巖土工程中得到了廣泛應(yīng)用。震源定位是微震技術(shù)應(yīng)用的基礎(chǔ),也是國內(nèi)外研究的重點(diǎn)和熱點(diǎn)。震源定位的影響因素及其作用機(jī)制、震源定位可靠性評(píng)價(jià)方法是當(dāng)前亟需解決的關(guān)鍵科學(xué)和技術(shù)問題。為此,本文圍繞微震震源定位及可靠性評(píng)價(jià),采用理論分析、實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)、數(shù)值模擬、現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)等方法,研究并揭示了關(guān)鍵因素對(duì)震源定位的影響規(guī)律和作用機(jī)制;建立了微震到達(dá)波類型自動(dòng)識(shí)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(píng)價(jià)體系(SLRES);開發(fā)了微震定位與可靠性評(píng)價(jià)系統(tǒng),并進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證和現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用。
　　實(shí)驗(yàn)研究了不同微震臺(tái)網(wǎng)布設(shè)、波速和到時(shí)誤差對(duì)震源定位可靠性的影響規(guī)律。結(jié)果表明,微震臺(tái)網(wǎng)內(nèi)部的震源定位精度高,隨著震源遠(yuǎn)離臺(tái)網(wǎng)中心,定位精度和穩(wěn)定性都呈下降趨勢(shì);臺(tái)網(wǎng)對(duì)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(shí)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(tái)網(wǎng)內(nèi)部震源受輸入誤差影響較小,臺(tái)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(tái)網(wǎng)對(duì)震源定位的幾何擴(kuò)散效應(yīng)和方向控制效應(yīng),分別構(gòu)建了兩種效應(yīng)的三維空間量化模型,提出了配對(duì)傳感器的方向角,確定了空間微震臺(tái)網(wǎng)的優(yōu)化布置原則。對(duì)比分

4、析了波速和到時(shí)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(tái)網(wǎng)形態(tài),監(jiān)測(cè)區(qū)域可劃分為到時(shí)誤差主導(dǎo)和波速誤差主導(dǎo)的兩個(gè)不同區(qū)域,通常在微震臺(tái)網(wǎng)內(nèi)部到時(shí)誤差是造成定位誤差的主導(dǎo)因素,隨著震源遠(yuǎn)離臺(tái)網(wǎng)中心,波速誤差逐漸成為造成定位誤差的主導(dǎo)因素。
　　傳感器到時(shí)之間存在觀測(cè)到時(shí)差值、P波到時(shí)差值理論極限和延遲波到時(shí)差值理論極限。根據(jù)微震臺(tái)網(wǎng)和監(jiān)測(cè)空間幾何特征、到時(shí)差值和臺(tái)站殘差,分別構(gòu)建了到時(shí)差值分析表和殘差分析表,進(jìn)而建立了微震到

5、達(dá)波類型(P波、S波、延遲波和外部異常波)自動(dòng)識(shí)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(chǎng)試驗(yàn)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(dá)波類型進(jìn)行有效識(shí)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(píng)價(jià)震源定位可靠性的事件殘差指標(biāo)、敏感度指標(biāo)、觸發(fā)序列指標(biāo),確定了各指標(biāo)的評(píng)價(jià)準(zhǔn)則,建立了震源定位可靠性綜合評(píng)價(jià)體系(S

6、LRES),并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。結(jié)果表明,SLRES能夠?qū)Χㄎ唤Y(jié)果進(jìn)行全面有效評(píng)價(jià),評(píng)價(jià)結(jié)果符合實(shí)際情況。
　　綜合APSIM、APSIM-Simplex和SLRES,開發(fā)了微震定位與可靠性評(píng)價(jià)系統(tǒng),并進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用。結(jié)果表明,該系統(tǒng)實(shí)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(jìn)行綜合評(píng)價(jià),滿足現(xiàn)場(chǎng)微震監(jiān)測(cè)需求。
　　本文研究成果對(duì)進(jìn)一步提高震源定位精度和微震監(jiān)測(cè)預(yù)警的準(zhǔn)確性、促進(jìn)微震監(jiān)測(cè)技術(shù)的應(yīng)用等具有重要理論意義和應(yīng)用