【摘 要】
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矿山深部开采过程中时常伴随着诸如岩爆、采空区垮落等动力灾害的发生。微震监测作为一种常用监测手段,对开采过程中岩层界面破坏、基体或夹杂物断裂进行预测与监控,从而保障施工安全。影响震源位置和发震时刻反演精度的关键在于震相识别方法的有效性以及由到时拾取方法与最优化算法构成的震源定位方法的准确性。为实现自动高效识别微震事件并对其进行高精度震源定位,本文通过理论分析、算法编程、室内试验、数值计算、工程验证等
【基金项目】
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国家自然科学基金（51774173）小尺度区域构造三维波速场构建及震源定位方法的研究
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矿山深部开采过程中时常伴随着诸如岩爆、采空区垮落等动力灾害的发生。微震监测作为一种常用监测手段,对开采过程中岩层界面破坏、基体或夹杂物断裂进行预测与监控,从而保障施工安全。影响震源位置和发震时刻反演精度的关键在于震相识别方法的有效性以及由到时拾取方法与最优化算法构成的震源定位方法的准确性。为实现自动高效识别微震事件并对其进行高精度震源定位,本文通过理论分析、算法编程、室内试验、数值计算、工程验证等手段对震相识别、到时拾取、最优化算法、震源定位等内容进行了研究,分别提出了自适应轮动归类法、基于时频分析的下山比较法（TFA-DC方法）、变步长加速搜索法以及基于TFA-DC到时拾取的双震相定位方法（TD-DL方法）,所得主要成果如下:（1）相较改进STA/LTA方法,自适应轮动归类法对长度不同信号的识别容错率与稳定性更高。在模型试验下,自适应轮动归类法的识别准确率提高了25.0%,识别偏差标准差为前者的17.4%,计算时间平均值、标准差分别为前者的44.2%、67.4%;实际工程下,自适应轮动归类法的识别准确率提高了4.8%,识别偏差标准差为前者的34.2%,计算时间平均值、标准差分别为前者的40.9%、55.9%。（2）TFA-DC方法对比改进STA/LTA方法,前者可同时拾取P波精确到时与S波峰值到时而后者只能拾取P波精确到时,前者P波平均时差、标准差分别为后者的6.18‰、3.98‰,前者单次拾取所需平均计算时间、标准差分别为后者的43.99%、10.54%,前者到时拾取失败比例为0,而后者为15.63%。（3）模拟算例下,对比模拟退火算法、遗传算法,变步长加速搜索法的目标函数值标准差、定位误差标准差、波速误差标准差均为0;该算法的定位误差平均值分别为其余二者的0.7%、1.9%;该算法的计算时间平均值分别为其余二者的6.9%、33.2%。该算法单独更改各参数对定位误差的影响在0.005～0.025 m之间;减小搜索步长下限可有效提高结果精确度,并增加相应的计算时间。（4）由于S波到时约束信息的增加以及目标函数的最小值趋向作用,TD-DL方法提高了对检波器坐标、双震相到时等已知信息的统合能力,使其定位结果趋于两种单震相定位结果较真实震源误差更小的一方,并且利用TFA-DC方法对于P波与S波拾取到时的偏移关系,在一定程度上抵消了P波、S波单震相计算所得的定位误差,从而达到提高震源反演定位精度的效果;模型试验下TD-DL方法定位误差平均值分别为P波、S波单震相定位的23.9%和18.9%,定位误差标准差分别为P波、S波的50.9%和36.9%,工程数据下TD-DL方法定位误差平均值分别为P波、S波单震相定位的8.1%和12.6%。该论文有图53幅,表29个,参考文献60篇。
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