论文部分内容阅读
微震监测技术作为一种实时、动态、连续的监测手段,在矿山、石油和边坡等岩土工程中得到了广泛应用。震源定位是微震技术应用的基础,也是国内外研究的重点和热点。震源定位的影响因素及其作用机制、震源定位可靠性评价方法是当前亟需解决的关键科学和技术问题。为此,本文围绕微震震源定位及可靠性评价,采用理论分析、实验室实验、数值模拟、现场试验等方法,研究并揭示了关键因素对震源定位的影响规律和作用机制;建立了微震到达波类型自动识别模型(APSIM)、基于APSIM的单纯形震源定位方法(APSIM-Simplex)和震源定位可靠性综合评价体系(SLRES);开发了微震定位与可靠性评价系统,并进行了试验验证和现场应用。实验研究了不同微震台网布设、波速和到时误差对震源定位可靠性的影响规律。结果表明,微震台网内部的震源定位精度高,随着震源远离台网中心,定位精度和稳定性都呈下降趋势;台网对震源定位的影响存在方向性,不同方向上的定位误差和变化特征都不相同,且存在定位精度下降最快的方向。震源定位精度随波速和到时输入误差的增加而降低,并且下降的速率越来越快;不同位置震源定位受输入误差影响不同,台网内部震源受输入误差影响较小,台网边缘和外部的震源受输入误差影响较大。建立了微震震源定位双曲线控制方程(MHGE),分析了震源定位双曲线域的非均匀性几何特性。研究并揭示了微震台网对震源定位的几何扩散效应和方向控制效应,分别构建了两种效应的三维空间量化模型,提出了配对传感器的方向角,确定了空间微震台网的优化布置原则。对比分析了波速和到时误差在震源求解中的传播特性;根据关键双曲线和微震台网形态,监测区域可划分为到时误差主导和波速误差主导的两个不同区域,通常在微震台网内部到时误差是造成定位误差的主导因素,随着震源远离台网中心,波速误差逐渐成为造成定位误差的主导因素。传感器到时之间存在观测到时差值、P波到时差值理论极限和延迟波到时差值理论极限。根据微震台网和监测空间几何特征、到时差值和台站残差,分别构建了到时差值分析表和残差分析表,进而建立了微震到达波类型(P波、S波、延迟波和外部异常波)自动识别模型(APSIM)和基于APSIM的单纯形微震震源定位方法(APSIM-Simplex)。现场试验结果表明,APSIM能够对P波、S波、延迟波和外部异常波四种到达波类型进行有效识别;APSIM-Simplex求解系统稳定,震源定位精度得到了很大的提高。提出了评价震源定位可靠性的事件残差指标、敏感度指标、触发序列指标,确定了各指标的评价准则,建立了震源定位可靠性综合评价体系(SLRES),并进行了实验验证。结果表明,SLRES能够对定位结果进行全面有效评价,评价结果符合实际情况。综合APSIM、APSIM-Simplex和SLRES,开发了微震定位与可靠性评价系统,并进行了现场应用。结果表明,该系统实现了震源的高精度定位,而且能够对震源定位可靠性进行综合评价,满足现场微震监测需求。本文研究成果对进一步提高震源定位精度和微震监测预警的准确性、促进微震监测技术的应用等具有重要理论意义和应用价值。