微震速度模型和微震定位算法的研究与实现

摘要

微震监测技术应用于对矿山岩体的稳定性监测，在预报矿震、防止盗采事件、保证矿山安全生产方面具有十分重大的意义。微震震源空间位置是微震监测技术研究的重要参数，对微震定位方法的研究，一直是微震监测技术研究的主要内容之一，也是本文研究的主要对象。针对微震波速是影响微震定位算法稳定性和精度的最大因素、常规空间坐标系和经纬度坐标系下微震定位方法不能完全通用、微震监测软件系统的实现等问题，本文分别研究了微震的波速模型、经纬度坐标下矿山微震震源深度的测定方法、两种坐标系下的微震定位算法、微震定位监测软件系统和微震定位结果三维可视化重构算法的实现。本文的主要研究成果概括如下： 1、针对微震波速计算不准确或不唯一而严重影响微震定位精度的问题，提出了一种基于空间几何不等式关系的微震波速模型。首先分析了震源与基站传感器的空间几何关系，提出了微震波速最大值（上界）的限定不等式；然后结合经典到时差目标函数最小为约束条件，限制微震波速，联合波速上界限定不等式提供的搜索上界，提出单向搜索算法，求得最佳微震波速。 2、针对经纬度坐标下矿山微震震源深度难以确定或误差较大的问题，提出了一种震源深度的测定方法。该方法在只利用微震Ｐ波走时的情况下，通过改进微震线性定位法计算微震震源的平面位置和发震时刻，然后通过震源到台站的震中距和微震走时，先进行TD模式拟合，在剔除错误数据后进行DT模式拟合，最后依据拟合直线的截距确定震源深度。 3、微震监测软件系统的实现。微震监测软件系统包括三个功能模块：微震实时监测模块、微震监测数据处理模块、微震定位事件三维可视化模块。实现的软件系统的主要创新点： ①实现微震波初动AIC(Akaike Information Criteria)自动识别系统。对波形进行AIC自动识别到时，并提供AIC识别截取长度分析，并可保存相关图形和数据文件。 ②实现了对四种微震定位情况进行定位。分析归纳了常规坐标系和经纬度坐标系下的微震定位算法，分别给出了两种坐标系下的微震定位方案，借助本文的微震速度模型，微震定位的速度模式也有两种：已知速度和未知速度两种模式，两种坐标系和两种速度模式组合有四种定位状态，全方位覆盖微震定位可能出现的定位情况。 ③提出并实现了微震定位结果的三维重构算法，使定位结果更加形象具体。 4、将研究成果应用到实际工程中。通过三道沟井田实际工程实践中的良好表现，表明本文提出的微震速度模型和经纬度坐标下震源深度的测定方法在实际微震监测项目中稳定可靠，实现的微震监测软件系统体现了良好的实用性。

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第一章 绪论

1.1 课题的研究背景和意义

1.2 微震监测技术国内外研究现状

1.3 本文的主要研究内容及结构安排

第二章 微震监测技术原理

2.1 微震定位原理

2.2 微震波简介

2.3 微震P波速度模型

2.4 本章小结

第三章 基于空间几何不等式关系的微震波速模型

3.1微震等效波速最大值（上界）的限定不等式

3.2 微震等效波速模型

3.3 算法性能分析

3.4 柿竹园工程实例

3.5 本章小结

第四章 经纬度坐标下矿山微震震源深度的测定方法

4.1 微震线性定位法的改进

4.2 矿山微震震源深度的测定方法

4.3 实例验证结果与分析

4.4 本章小结

第五章 微震监测软件系统的实现

5.1 微震实时监测模块

5.2 微震监测数据处理模块

5.3 微震定位事件三维可视化模块

5.4 本章小结

第六章 三道沟井田工程实践

6.1 实验区地理概况

6.2 实验区微震监测施工

6.3 实验结果及误差分析

6.4 本章小结

第七章 总结与展望

7.1 总结

7.2 展望

参考文献

致谢

作者在攻读硕士期间的主要研究成果