【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及地球物理勘探反演，具体是一种基于非均匀介质的微震定位方法。
技术介绍
1、煤矿开采过程中，地质构造及局部地壳应力发生变化，岩体破裂伴随着弹性波(以下称微震)的释放和快速传播，诱发矿坑突水、矿区地裂、地表沉降等次生灾害，可能造成采矿区地质灾害、经济损失以及人员伤亡等社会问题。微震监测技术利用在复杂岩体介质中传播的地震波信号，监测矿区微震事件、判断微震事件类型，快速有效地实施矿震定位，求解矿山灾害发生的时间与空间位置，有益于实时、动态地掌握该地区矿震事件的活动规律，提前做出针对性的防范措施与指导意见，在一定程度上降低因矿山动力灾害对社会生产、生活造成的危害。
2、目前，微震震源绝对定位方法众多，且绝大部分方法都是基于geiger经典定位方法，该算法的缺点是只适合均匀、连续、各向同性介质下的微震定位。在以往的研究和应用中，最常见的假设是波在结构单一的岩体条件下传播，不考虑其他未知量和关系，计算稳定性强，而实际工程中的地质环境较为复杂，地下介质往往是非均匀成层沉积形成的各向异性介质，检波器采集到的微震信号波形受到不同走向和倾角的断层、岩层等地质构造的影响，尤其是采空区会造成微震信号传播路径的不连续，严重影响微震定位的精度。
技术实现思路
1、本专利技术要解决的技术问题就是克服以上的技术缺陷，提供一种基于非均匀介质的微震定位方法，通过在矿震监测系统地应用表明，基于层状介质的速度模型求解微震定位，宏观上实现了岩体波速的各向异性特征，采用pso微震定位算法，可较好地收敛
2、为了解决上述问题，本专利技术的技术方案为一种基于非均匀介质的微震定位方法：包括以下步骤：
3、步骤一、获取各个检波器记录到微震事件的p波到时；
4、步骤二、构建一维层状介质速度结构模型，包括划分波速层和震相走时计算，构建一种适用于计算层状介质等效波速的计算方法以获取地震波在不同层状介质条件下的走时，求和得到p波在等效传播路径上的总走时；
5、步骤三、pso算法求解微震震源参数估计值，包括初始化参数、计算目标函数值、更新最佳位置、求解目标方程最优解；
6、步骤四、最小二乘法求解微震震源参数。
7、进一步，所述步骤一中从布设在采矿区工作面上的检波器采集矿业开采过程中时刻产生的振动信号，在经过监测和识别微震波形形成微震事件集、完成事件信号的预处理后，准确地拾取每一道地震波的p波初至震相，获取各个检波器记录到微震事件的p波到时。
8、进一步，所述步骤二包括划分波速层和震相走时计算；
9、所述划分波速层假定微震监测区域岩体由四种不同波速的平行岩层组成，自下而上依次编号为①、②、③和④类，对应的层速度值分别表示为v1、v2、v3和v4；其中，①类和②类波速岩体界面ⅰ、②类和③类波速岩体界面ⅱ、③类和④类波速岩体界面ⅲ相互平行，空间平面一般解析式分别表示为：
10、
11、由于界面ⅰ、界面ⅱ、界面ⅲ相互平行，其法向量三个分量分别为a、b和c，d1,2、d2,3、d3,4分别是界面ⅰ、界面ⅱ、界面ⅲ一般式方程的常数项；
12、所述震相走时计算：视震源到检波器按照等效传播路径传播，计算地震波经过各层岩体的走时，由相应的空间距离和对应的层速度值表示出来，然后求和得到总走时，以位于③类岩层的4号检波器接收到来源于①类岩层微震震动为例，假设空间直线同时经过震源和检波器两点，根据空间直线斜率关系可以得到：
13、
14、其中，k为空间直线参数，该空间直线的参数式方程组可以表达为：
15、
16、震源从①类岩层开始传播，首先沿等效传播路径到达界面ⅰ；接着在②类岩层内沿等效传播路径传播到达界面ⅱ；然后，穿过界面ⅱ在③类岩层传播，沿着等效传播路径最终到达4号检波器，总计走时：
17、
18、其中，和为空间距离参数，分别是：
19、α4＝|ax3+by3+cz3-(ax0+by0+cz0)|
20、
21、同理，假设微震震源沿着等效传播路径到达i号检波器，依次经过的岩层1，2，3，···n，且每一岩层对应的层速度为vi1，vi2，vi3，···vin经过个界面，其空间平面一般解析式方程的常数项分别为di(1,2)，di(2,3)，di(3,4)，···di(n-1,n)，则总走时公式可以表示为：
22、
23、此时，和为空间距离参数，分别是：
24、αi＝|axi+byi+czi-(ax0+by0+cz0)|
25、
26、进一步，所述步骤三中针对每一个事件集，获取每一道数据的p波初至时刻和空间位置信息参数后，依次完成pso算法参数初始化和目标方程最优解计算；
27、所述初始化参数：首先给定初始化pso算法的相关参数，初始化微震震源的4个未知数；随机初始化一群粒子的位置和速度，每个粒子的位置是目标函数可能的解，速度则代表解的搜索方向和速度；
28、所述计算目标函数值：对于每个粒子，根据提供的非均匀介质速度模型v以及微震震源参数，计算适应度，即问题的目标函数值(走时残差)；以实测数为例，对原始数据进行事件检测获取事件集，经过数据预处理、p波震相拾取和事件关联等步骤形成一个微震事件集，最后同时被六个检波器接收到明显、清晰的波形信息；
29、所述求解目标方程最优解：当达不到预设的最大迭代次数和定位精度时，算法将继续进行下一次迭代计算，重复计算目标函数值、更新最佳位置更新每个粒子的搜索速度和空间位置，直到满足定位精度，输出全局历史最佳位置对应的解作为目标函数的最优解。
30、进一步，步骤四中基于全局优化粒子群算法(pso)获取微震震源参数的初始值估计，再使用最小二乘算法进行反演。
31、算法原理
32、微震定位算法是一种用于确定微震发生时刻和空间位置的技术，通常应用于地质勘探、地下资源开采和地质灾害监测等领域。本算法基于微震信号的特性，通过分析检波器记录到的地震到时，基于一维层状介质假设下的速度模型，准确地定位微震发生的位置。由于一维层状介质定位的最小二乘算法对初始值要求较高，本算法使用操作简单、使用方便的全局优化粒子群算法(part ic le swarm optimization,pso)进行初始值估计，再使用最小二乘算法进行反演。
33、1.p波震相到时拾取。实现准确快速的微震事件初至拾取是微震监测技术的核心之一，也是矿震震源定位方法实现的前提；
34、2.构建非均匀地质条件下的速度模型。假定层状介质各层为均匀弹性介质，各层波速恒定，每一岩层相互平行，构建非均匀介质速度模型，用于正演计算地震波在等效传播路径上不同层状介质条件下的走时；...
【技术保护点】
1.一种基于非均匀介质的微震定位方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于非均匀介质的微震定位方法，其特征在于：所述步骤一中从布设在采矿区工作面上的检波器采集矿业开采过程中时刻产生的振动信号，在经过监测和识别微震波形形成微震事件集、完成事件信号的预处理后，准确地拾取每一道地震波的P波初至震相，获取各个检波器记录到微震事件的P波到时。
3.根据权利要求1所述的一种基于非均匀介质的微震定位方法，其特征在于：所述步骤二包括划分波速层和震相走时计算；
4.根据权利要求1所述的一种基于非均匀介质的微震定位方法，其特征在于：所述步骤三中针对每一个事件集，获取每一道数据的P波初至时刻和空间位置信息参数后，依次完成PSO算法参数初始化和目标方程最优解计算；
5.根据权利要求1所述的一种基于非均匀介质的微震定位方法，其特征在于：所述步骤四中基于全局优化粒子群算法(PSO)获取微震震源参数的初始值估计，再使用最小二乘算法进行反演。
【技术特征摘要】
1.一种基于非均匀介质的微震定位方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于非均匀介质的微震定位方法，其特征在于：所述步骤一中从布设在采矿区工作面上的检波器采集矿业开采过程中时刻产生的振动信号，在经过监测和识别微震波形形成微震事件集、完成事件信号的预处理后，准确地拾取每一道地震波的p波初至震相，获取各个检波器记录到微震事件的p波到时。
3.根据权利要求1所述的一种基于非均匀介质的微震定位方法，其特征...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈峰，张杏棉，张孝建，白永利，
申请(专利权)人：福州华虹智能科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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