一种基于P波到时与波形振幅的震源定位方法技术

本发明专利技术公开了一种基于P波到时与波形振幅的震源定位方法，包括以下步骤：步骤1：通过微震监测系统获取震源参数：步骤2：在未知P波波速v的情况下，求解一次震源坐标(x

A method of source localization based on P wave arrival time and waveform amplitude

The invention discloses a method based on P wave and wave amplitude of the source location method, which comprises the following steps: Step 1: source parameters obtained by microseismic monitoring system: Step 2: the unknown P wave velocity V, solving a focal coordinate (x

【技术实现步骤摘要】
一种基于P波到时与波形振幅的震源定位方法
本专利技术涉及一种基于P波到时与波形振幅的震源定位方法，结果明确，适用性强，准确率高。
技术介绍
微震监测作为一种地下工程安全监测的重要技术手段之一，已经广泛被应用于矿山安全、水电工程等领域。而微震震源空间位置的确定以及微震震源定位精度的提高，一直是微震监测技术的重要内容。但是，微震与爆破事件波形较为复杂，S波的首波通常夹杂在P波的尾波中，使得S波到时不仅难以辨识，且易受操作人员专业知识和经验的影响，极大降低了S波拾取准确度及数量，严重制约微震监测实时分析的效果。震源定位方法到目前为止有十余种之多，主要包括几何方法、物理方法和数学方法等。Geiger定位方法是通过迭代计算使时间残值最小化。在此基础上，Buland对其进行修改并发展出基于经典的最小二乘法定位计算，使其能更好适应地震定位。Tatantola提出了Bayesian定位方法的严格公式和解。Spence针对时差定位技术模型的不确定导致走时异常进行了有意义的研究。Crosson应用联合测定方法(SSH)对局部事件进行了定位研究。以上定位方法，都是以预先测定平均速度或给出平均速度模型为前提，故在现场进行定位时，平均速度测量的准确性直接影响着定位精度。而且，对S波到时的自动准确拾取仍存在难题，需要依靠具有经验的专业工作人员人工拾取，定位准确性与精度存在较大的随机性。可见现有的微震与爆破事件震源定位方法存在较大的局限，需要研究一种适用性强、准确率高的定位方法。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种基于P波到时与波形振幅的震源定位方法，该定位方法适用性强、准确率高。专利技术的技术解决方案如下：一种基于P波到时与波形振幅的震源定位方法，包括以下步骤：步骤1：通过微震监测系统获取震源参数；震源参数包括：各传感器坐标(xi,yi,zi)，其中i为传感器编号，i＝1,2,…,n；震源起振时刻t0，各传感器的P波到时tPi，各传感器的波形振幅趋势线的最大振幅MaxAmpi及其对应时刻tMi；步骤2：根据步骤1获取的初步求解震源坐标(x,y,z)及P波波速v，得到一次定位的震源坐标(x0,y0,z0)和初步求解的P波波速v0；步骤3：计算各传感器i(i＝1,2,…,n)的波形振幅趋势线的斜率Ki：步骤4：基于步骤2得到的v0和步骤3得到所有传感器的波形振幅趋势线的斜率Ki(i＝1,2,…,n)，通过logistic函数拟合得到传感器的波形振幅趋势线的斜率K与震源的P波波速vc之间的函数关系式K(vc)：其中，r为传感器的波形振幅趋势线的斜率随速度的增长速率(r是logistic函数的一个参数，经数值分析软件拟合数据之后可直接得出)，Kmax为所有传感器的波形振幅趋势线的斜率中的最大值，即Kmax＝max{Ki(i＝1,2,…,n)}；K0为所有传感器的波形振幅趋势线的斜率中的最小值，即Kmax＝min{Ki(i＝1,2,…,n)}；步骤5：计算修正后的传感器i对应的P波波速保持传感器i的波形振幅趋势线的斜率Ki不变，将Ki作为K(vc)代入公式二，计算相应的vc值，即为修正后的传感器i对应的P波波速步骤6：二次定位震源坐标(x,y,z)；将修正后的传感器i对应的P波波速代入以下目标函数：其中，min表示求最小值；Δtij＝tPi-tPj；求解目标函数，其最优解即为二次定位的震源坐标(x,y,z)。所述步骤2具体为：建立以下目标函数：其中，min表示求最小值；Δtij＝tPi-tPj；由此求得使得全部理论值与实测值Δtij的偏离平方和最小时的震源坐标(x,y,z)及P波波速v，即一次定位的震源坐标(x0,y0,z0)和初步求解的P波波速v0。有益效果：本专利技术选取震源振动波形图中的最易准确拾取的参数：震源起振时刻t0，各传感器P波到时tPi，最大振幅MaxAmpi及其对应时刻tMi，优化定位所用的P波波速，推导求差式非线性拟合函数用于震源定位，事实证明其结果明确，适用性强，准确率高。本专利技术基于P波到时与波形振幅对震源坐标进行确定，减轻了人工拾取S波的数据处理压力，避免了因S波拾取不准确而带来的误差，提高了定位精度与准确性。此方法具有适用性强、准确性高等特点。附图说明图1为本专利技术流程图。具体实施方式下面将结合实际算例，对本专利技术提出的一种基于P波到时与波形振幅的震源定位方法作进一步说明。本专利技术的思想描述如下：本专利技术通过微震监测系统获取主要震源参数；利用速度—距离公式和两点间距离公式得到震源与任意传感器i、j之间的等量关系，求得一次震源坐标；再通过优化P波波速提高准确性，推导求差式非线性拟合函数用于震源定位，计算出震源的准确坐标。此方法具有适用性强、准确率高的优点。步骤1：通过微震监测系统获取震源参数；震源参数包括：各传感器坐标(xi,yi,zi)，其中i为传感器编号，i＝1,2,…,n；震源起振时刻t0，各传感器的P波到时tPi，各传感器的波形振幅趋势线的最大振幅MaxAmpi及其对应时刻tMi；步骤2：根据步骤1获取一次定位的震源坐标(x,y,z)及初步求解的P波波速v，分别记为(x0,y0,z0)和v0；；设li为传感器i至震源的距离，由两点间距离公式可得：由速度—距离公式可知，传感器i的P波到时的理论值ti为：即：由式(4)可确定任意2个不同的传感器i和j的P波到时之差的理论值为：计算传感器i和j的P波到时之差的实测值Δtij：Δtij＝tPi-tPj(5)全部理论值与实测Δtij的偏离平方和可描述全部理论值与实测值的偏离程度，其偏离越小，则相应的一次定位的震源坐标(x0,y0,z0)及初步求解的P波波速v0与其真实值的拟合度越好，准确度越高，因此，建立以下目标函数：其中，min表示求最小值，由此求得使得全部理论值与实测值Δtij的偏离平方和最小时的震源坐标(x,y,z)及P波波速v，即一次定位的震源坐标(x0,y0,z0)和初步求解的P波波速v0；；步骤3：计算传感器i(i＝1,2,…,n)的波形振幅趋势线的斜率Ki：步骤4：基于步骤2初步求解的P波波速v0和步骤3得到所有传感器的波形振幅趋势线的斜率Ki(i＝1,2,…,n)，通过logistic函数拟合得到传感器的波形振幅趋势线的斜率K与震源的P波波速vc之间的函数关系式K(vc)：其中，r为传感器的波形振幅趋势线的斜率随速度的增长速率(r是logistic函数的一个参数，经数值分析软件拟合数据之后可直接得出)，Kmax为所有传感器的波形振幅趋势线的斜率中的最大值，即Kmax＝max{Ki(i＝1,2,…,n)}；K0为所有传感器的波形振幅趋势线的斜率中的最小值，即Kmax＝min{Ki(i＝1,2,…,n)}；步骤5：计算修正后的传感器i对应的P波波速保持传感器i的波形振幅趋势线的斜率Ki不变，将Ki作为K(vc)代入函数关系式(8)，计算相应的vc值，即为修正后的传感器i对应的P波波速步骤6：再次求解震源坐标(x,y,z)；将修正后的传感器i对应的P波波速作为v，代入目标函数(6)有：上式必定取得非负值，因此其最小值一定存在。求解(10)，其最优解即为二次定位的震源坐标(x,y,z)。本专利技术选取震源振动波形图中的最易准确拾取的参数：震源起振时刻t0，各传本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于P波到时与波形振幅的震源定位方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：通过微震监测系统获取震源参数；震源参数包括：各传感器坐标(x

【技术特征摘要】
1.一种基于P波到时与波形振幅的震源定位方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：通过微震监测系统获取震源参数；震源参数包括：各传感器坐标(xi,yi,zi)，其中i为传感器编号，i＝1,2,…,n；震源起振时刻t0，各传感器的P波到时tPi，各传感器的波形振幅趋势线的最大振幅MaxAmpi及其对应时刻tMi；步骤2：根据步骤1获取的震源参数初步求解震源坐标(x,y,z)及P波波速v，得到一次定位的震源坐标(x0,y0,z0)和初步求解的P波波速v0；步骤3：计算各传感器i(i＝1,2,…,n)的波形振幅趋势线的斜率Ki：步骤4：基于步骤2初步求解的P波波速v0和步骤3得到所有传感器的波形振幅趋势线的斜率Ki(i＝1,2,…,n)，通过logistic函数拟合得到传感器的波形振幅趋势线的斜率K与震源的P波波速vc之间的函数关系式K(vc)：其中，r为传感器的波形振幅趋势线的斜率随速度的增长速率，Kmax为所有传感器的波形振幅趋势线的斜率中的最大值，K0为所有传感器的波形振幅趋势线的斜率中的最小值；步骤5：计算修正后的传感器i对应的P波波速将Ki作为K(vc)代入公式二，计算相应的vc值，即为修正后的传感器i对应的P波波速步骤6：二次定位震源坐标(x,y,z)；将修正后的传感器i对应的P波...

【专利技术属性】
技术研发人员：董陇军，舒炜炜，李夕兵，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43