一种基于微震背景噪声的岩石变形阶段识别方法技术

本发明专利技术提供一种基于微震背景噪声的岩石变形阶段识别方法，利用微震背景噪声数据，通过噪声预处理、互相关计算等方法得出格林函数并画出频散曲线，通过分析频散曲线的相关系数、敏感核函数等指标找到岩石在各个阶段变形演化的频散特征，并与散斑面变形云图对应，实现基于微震背景噪声的岩石变形阶段的识别方法。法。法。

【技术实现步骤摘要】
一种基于微震背景噪声的岩石变形阶段识别方法


[0001]本专利技术属于微震监测领域，涉及一种基于微震背景噪声对岩石变形阶段识别方法。

技术介绍

[0002]冲击地压监测预测发展是冲击地压有效防治研究中的重要内容，由于冲击地压现象发生的本质原因是岩体的变形破坏，精准识别变形破坏前兆特征是冲击地压预测预报的基础。根据岩石变形场时空演化和加载曲线特点，岩石变形破坏可以划分为微观裂隙随机演化阶段、变形局部化阶段、亚失稳阶段和失稳阶段四个阶段。在无法获取准确的加载曲线的情况下，利用背景噪声识别岩石变形演化阶段为预测预警冲击地压提供了一种更好的方法。

技术实现思路

[0003]针对现有技术的不足，本专利技术通过对背景噪声进行台站间的相关性处理与分析相关系数和敏感核函数，进而提供一种基于微震背景噪声的岩石变形阶段识别方法。
[0004]为了实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案是：
[0005]一种基于微震背景噪声的岩石变形阶段识别方法，包括如下步骤：
[0006](1)根据台站传感器采集到的微震噪声数据，提取噪声波形数据，对噪声波形数据进行预处理；
[0007](2)对某一台站与其他不同台站的相同时间段内处理后的噪声进行互相关计算；
[0008]互相关的离散化计算公式：
[0009][0010]其中，x(r)、y(r)是两个不同台站的信号，N为采样点数，n为延时序列，R
xy
(nΔτ)为两个台站信号的互相关数据；
[0011](3)对互相关函数进行计算得出格林函数，然后利用F
‑
k变化法，提取频散曲线，t
‑
x记录t
‑
x代表时域，横轴表示时间，纵轴表示被测参数的瞬时值。采集的离散记录为：
[0012]f(m，n)＝f(x0+mΔx，t+nΔt)
ꢀꢀ
(2)
[0013]其中：m＝0，
…
，M
‑
1；n＝0，
…
，N
‑
1；道数为M，采样点数为N；
[0014]将f
‑
k域记录为F(f，k)，采集的离散记录为：
[0015][0016]W＝e
‑
2πj
ꢀꢀ
(4）
[0017]其中：f＝0，1,2，...，M
‑
1，k＝0，1,2，...，N
‑
1，f表示频率，k表示波数，F(f，k)为u
(t，x)的频率波数谱；
[0018]利用关系式将f
‑
k域变换f
‑
v域；
[0019](4)根据各个台站和标识点的频散曲线数据离散程度不同和相关系数的概念，引入了频散数据相关性统计指标：
[0020][0021]其中，i＝1,2,3...，n，n为台站的个数，Xn为台站的频散曲线数据；X(t)表示各台站进行相关处理后的数据。
[0022]函数corr(X，Y)使用皮尔逊积矩系数，X和Y表示要进行的两组相关数据，用来度量两组数据之间的线性相关，取值范围在[
‑
1，+1]之间，使用的两组数据为频散曲线的数据矩阵；
[0023][0024]其中，cov表示协方差函数，σ
X
、σ
Y
表示X和Y的标准差，通过所有台站的相关系数与时间的关系找到上一变形阶段和下一变形阶段时刻点，通过不同平面台站的数据来找到相关系数最高的一组台站，从而进行下一步研究；
[0025](5)为了进一步研究相关系数最高的一组台站频散特征与变形演化阶段的对应关系，引入敏感核函数：
[0026][0027]其中，i为采样频率点；k为频散曲线阶数；是第i个频率点，第k阶的频散曲线相速度；为观测频散曲线相速度；m是参与频散曲线阶数；n
k
是反演第k阶频散曲线采样点数；a
k
是频散曲线权重；取频散曲线权重为1，相速度的单位为m/s；Vs表示噪声的波速；
[0028]利用四个阶段的频散曲线，绘制敏感核函数曲线，曲线数值反映介质裂隙变形演化的大小和趋势，从而进一步判断变形演化阶段。
[0029]所述预处理包括：去趋势、去均值、带通滤波、时域归一化和谱白化。
[0030]对各时刻的频散曲线进行相关系数和敏感核函数指标分析，通过图像找到相关系数最大的台站组，通过相关曲线总体变化趋势和散斑变形演化云图对应找出阶段性特征，从而识别岩石变形阶段，通过不同时刻不同分层的敏感核函数曲线变化来进一步研究裂隙发展发育的程度和趋势，达到细致划分相同介质不同变形阶段目的。
[0031]本专利技术有益效果：
[0032]本专利技术为了识别岩石在变形演化过程中的各个阶段，利用微震背景噪声数据，通过噪声预处理、互相关计算等方法得出格林函数并画出频散曲线，通过分析频散曲线的相关系数、敏感核函数等指标找到岩石在各个阶段变形演化的频散特征，并与散斑面变形云图对应，得到一种基于微震背景噪声的岩石变形阶段识别方法。此方法利用台站的噪声数据，反映岩石变形演化的情况，较光测散斑面进行云图观测变形情况，局限性较低，受外界
环境变化影响较低。散斑面变形云图仅限二维平面观测岩石的变形演化，而基于微震背景噪声的台站数据进行岩石变形演化观测，可以是三维的、内部的。
附图说明
[0033]图1散斑尺寸和测点布置示意图。
[0034]图2噪声波形图像。
[0035]图3互相关函数图像。
[0036]图4变形局部化阶段频散曲线图像。
[0037]图5亚失稳阶段频散曲线图像。
[0038]图6相关系数图像。
[0039]图7亚失稳阶段敏感核函数图像。
具体实施方式
[0040]以下结合实施例对本专利技术的具体实施方式作进一步详细说明。
[0041]实施例1
[0042]一种基于微震背景噪声的岩石变形阶段识别方法，具体步骤如下：
[0043](1)根据台站传感器采集到的微震噪声数据，提取噪声波形数据。对噪声波形数据进行预处理：去趋势、去均值、带通滤波、时域归一化和谱白化。
[0044](2)对某一台站与其他不同台站的相同时间段内处理后的噪声进行互相关计算。
[0045]互相关的离散化计算公式：
[0046][0047]x(r)，y(r)是两个不同台站的信号，N为采样点数，n为延时序列，R
xy
(nΔτ)为两个台站的互相关数据。
[0048](3)频散曲线是表示频散波的周期与波速间关系的曲线，提取噪声在红砂岩中的频散曲线，为后续研究其变形阶段做准备。
[0049]对互相关函数(公式(8))进行计算得出格林函数，然后利用F
‑
k变化法提取频散曲线，t
‑
x记录t
‑
x代表时域，横轴表示时间，纵轴表示被测参本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于微震背景噪声的岩石变形阶段识别方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)根据台站传感器采集到的微震噪声数据，提取噪声波形数据，对噪声波形数据进行预处理；(2)对某一台站与其他不同台站的相同时间段内处理后的噪声进行互相关计算；互相关的离散化计算公式：其中，x(r)、y(r)是两个不同台站的信号，N为采样点数，n为延时序列，R
xy
(nΔτ)为两个台站信号的互相关数据；(3)对互相关函数进行计算得出格林函数，然后利用F
‑
k变化法，提取频散曲线，t
‑
x记录t
‑
x代表时域，横轴表示时间，纵轴表示被测参数的瞬时值。采集的离散记录为：f(m,n)＝f(x0+mΔx,t+nΔt)
ꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)其中：m＝0，
…
，M
‑
1；n＝0，
…
，N
‑
1；道数为M，采样点数为N；将f
‑
k域记录为F(f,k)，采集的离散记录为：W＝e
‑
2πj
ꢀꢀꢀ
(4)其中：f＝0,1,2,
…
,M
‑
1,k＝0,1,2,
…
,N
‑
1，f表示频率，k表示波数，F(f,k)为u(t,x)的频率波数谱；利用关系式将f
‑
k域变换f
‑
v域；(4)根据各个台站和标识点的频散曲线数据离散程度不同和相关系数的概念，引入了频散数据相关性统计指标：其中，i＝1,2,3

【专利技术属性】
技术研发人员：宋义敏，苑德顺，许海亮，安栋，张军徽，张苑玉，邓文良，
申请(专利权)人：北方工业大学，
类型：发明
国别省市：