基于DIRECT算法的微震震源快速网格搜索定位方法研究

微震监测定位技术的精度及效率是微震监测中的核心技术问题,震源扫描算法作为一种稳定、可靠的方法被广泛用于微震监测定位中,但是在多事件、多参数反演中,其反演效率严重制约其应用.本文将震源扫描算法与DIRECT算法思想结合,提出基于DIRECT算法的微震快速网格震源搜索定位方法,即在求解震源扫描算法目标函数最优解时,采用DIRECT搜索策略,无需划分网格大小,直接搜索目标函数最优解.通过地面及井中微震监测模型测试表明,基于DIRECT算法的微震快速网格震源搜索定位方法比传统的震源扫描算法搜索次数少、计算耗时短、计算精度高,尤其适合大空间内多事件、多参数的震源反演,为水力压裂微震监测过程中大量数据的实时、快速、准确定位提供了可能.     

基于奇异值分解法的微震子台网监测能力分析

微震台网的监测能力反映在监测范围和监测精度两个方面。通过对单台拾震器监测能力的分析,得出微震定位动态子台网组合的判别准则(即监测范围),利用广义逆的奇异值分解技术,计算估计震源参数精度的参量空间协方差矩阵,进而得出震源参数误差的等值线图(即监测精度),并使用线性相关系数证明此种评估方法的可靠性。采用此方法研究唐口煤矿微震监测台网的定位误差分布,与实际定位误差对比,吻合率较高。     

邻近算法在微地震震源位置和一维速度模型同时反演中的应用

微地震事件的空间分布可以用来监测水力压裂过程中裂缝的发育情况。因此,震源定位是微震监测中重要的环节。震源定位依赖准确的速度模型,而震源位置和速度模型的耦合易导致线性迭代的同时反演方法陷入局部极小值。邻近算法作为一种非线性全局优化算法,能够最大程度地避免陷入局部最优解。本文将邻近算法应用于单井监测的微震定位和一维速度模型同时反演,首先利用邻近算法搜索一维速度模型,再使用网格搜索方法进行震源定位,并根据定位的走时残差产生新的速度模型,最后通过若干次迭代使其收敛到最优解。理论和实际数据结果均表明该方法能够避免局部最优解,得到较为可靠的震源位置和一维速度模型。     

BSN矿山微震监测技术及其应用

深井高应力、高岩压诱发的冒顶、片帮、塌方、岩爆等地压灾害严重影响了矿山安全生产。随着高精度、高采样率传感器的研发和计算机技术的飞速发展,微震高精度实时监测技术不断完善,微震监测已成为矿山地压灾害监测预警的重要手段。通过设计、研发完全自主知识产权的BSN(BGRIMM Seismic Network)微震监测系统,实现了微震信号数据采集、多通道时钟同步、噪声压制、到时自动拾取、震源定位等功能,并结合统计地震学的相关方法,初步实现了基于微震活动性分析的岩体危险性评价。本文主要从矿山微震监测数据采集、预处理、定位、活动性分析等模块介绍BSN微震监测系统全流程,并对监测系统在广西某矿山的实际应用案例进行分析。     

基于DFP算法的小尺度微震定位方法研究

针对小尺度微震活动监测的需要,本文基于DFP优化算法以传感器监测到时和计算到时的残差平方和最小为目标函数来进行微震震源位置定位,并对该方法进行了计算机数值仿真。仿真结果表明,DFP算法可用来进行地震定位,其定位结果受计算初值影响较小,而受走时误差和波速误差影响较大。通过野外微震观测实验研究,证明DFP法定位精度较高,适用于小尺度微震活动定位分析。     

煤矿微震监测台网优化布设研究

煤矿冲击矿压现象日益严峻,作为矿山动力灾害的主要监测手段,微震监测系统已在许多矿井广泛使用,为保证矿震定位和能量计算的准确,提高预测预报煤矿冲击矿压的可行性,应建立一套台网布设优化及评价系统.应用微震定位和D值优化设计理论,结合煤矿实际条件研究了影响矿震定位精度的主要因素和不利条件,并提出了采用综合指数法确定煤矿高微震活动区域和区域内矿震发生的概率,制定了台站候选点和监测区域确定的一般原则.通过理论分析震中和震源标准差反映台网定位能力的不足,建立基于数值仿真实验方法的震中与震源误差期望值模型,最终形成台网布设优化及评价系统.实验和现场应用结果表明,该系统能够快速确定台网最优布设方案,准确评价台网定位能力,满足煤矿微震监测的需要.     

微震震源定位研究现状及展望

微震震源定位研究是微震监测技术研究的重点之一,定位精度的高低直接影响着微震分析的结果.随着微震监测技术的广泛应用,出现了大量新的微震震源定位方法,针对不同的工程研究,这些方法各有千秋.首先,通过收集并分析近20年来国内外比较盛行的微震震源定位方法,其包括混合优化法、震源扫描算法、波速模型法和无预先测速法.然后,讨论这些方法的优缺点及适用条件,并主要分析微震检波器分布、首次到时拾取、波速模型和定位算法对微震震源定位的影响.最后,讨论地球物理学、声学、军事学等领域已有的先进定位方法在微震震源定位研究的意义.结果表明:(1)优化传感器的布置,必须协调自动到时拾取、波速模型和定位算法之间的关系;(2)减小波速模型和首次到达时间对震源位置的影响是微震监测未来发展的必然要求;(3)采用射线追踪理论、逆时偏移成像和被动时间反转镜技术可对速度结构模型进行优化;(4)利用双波定位、信息融合技术可进一步提高定位精度;(5)其他领域的先进定位方法在微震震源定位研究上具有潜在价值,可以达到微震震源定位更快、更准、更稳定的目的.     

煤矿矿震定位中异向波速模型的构建与求解

针对煤矿上覆岩层层状赋存和离层带的特点,构建矿井尺度的微震监测系统异向波速模型,模型中波速向量由地面探头速度与井下探头速度组成.研究了在只有强矿震信号和混有爆破信号两种条件下,以到时残差最小为目标和震源定位误差最小为目标的两种求解模型,模型求解选用具有全局寻优特性的遗传算法与CMEAS算法结合的混合算法.现场实际应用得出,只使用爆破信号的到时残差法最优,混有强矿震信号的到时残差法其次;与爆破信号定位所用的统一简化波速模型相比,震源定位误差大幅度降低.在此基础上进一步减低定位误差,还需从微震台网的优化布设方面解决.     

平行巷道条带异常体在透射槽波层析成像中造成的假象

近年来透射法槽波地震勘探技术在煤矿勘探领域取得广泛应用,该技术依据槽波频散特征,对特定频率下槽波走时进行层析速度反演成像,在煤层厚度探测方面效果明显.由于煤矿巷道施工的特殊性,震源和检波器布置在巷帮煤层中,观测系统多采用两边式或三边式,导致槽波传播角度有限,容易对层析成像造成误差.在层析正演中采用最短路径与射线弯曲法联合,兼顾走时计算的精度和效率,在层析反演中进行正则化约束,利用平滑和阻尼因子提高算法的精度.通过对大量模型进行正反演发现,当煤层中存在垂直巷道异常体或局部异常体时,透射槽波层析反演不存在假象;当存在平行巷道的条带异常体时,层析结果出现交叉状速度异常假象.这是由于透射槽波采集得到的走时不受异常体位置影响,高值区在平面上表现为交叉型,导致层析反演出现假象.实际勘探施工条件允许情况下,可在煤层工作面四周布置震源和检波器消除这类假象.     

利用GPS垂直位移反演区域陆地水储量变化的TSVD-Tikhonov正则化方法

利用GPS垂直位移反演区域陆地水储量变化(TWSC)属于典型的病态问题,其关键是如何进行稳定求解并提高反演结果的精度和可靠性.本文引入TSVD-Tikhonov组合正则化方法对利用GPS垂直位移反演区域TWSC的病态问题进行求解,并以四川省TWSC反演为例进行分析与验证.首先,通过数值模拟对TSVD、Tikhonov和TSVD-Tikhonov正则化方法采用不同正则化参数选取策略(RMSE最小准则、GCV法和L-curve法)进行反演,结果显示基于TSVD-Tikhonov正则化反演的TWSC比单独使用TSVD或Tikhonov正则化反演结果的精度和可靠性更高,这三种正则化方法反演2005年1月至12月的TWSC差值的平均STD分别为14.97 mm、7.03 mm和5.04 mm.其次,利用中国地壳运动观测网络(CMONOC)的72个GPS测站的垂直位移数据,基于TSVD-Tikhonov正则化反演了四川省2010年12月至2021年2月的TWSC时间序列,结果表明GPS反演的TWSC与GRACE/GFO Mascon模型(JPL、CSR和GSFC)的空间分布特征及季节性变化符合较好...     

密集台网微震定位技术在矿山开采动态监测中的应用研究

利用河南新密超化镇某矿区布设的密集临时地震台网观测资料,通过微震震源精确定位手段,实现强干扰背景下该地区某煤矿地下开采面的定位追踪试验研究。微震定位后,爆破点位置的水平精度为±70m,垂直精度为±500m。试验研究结果表明,利用高密度数字地震台网资料,可较为准确地监测矿山地下开采面的动态变化,从而实现对矿产资源越界开采和小矿非法开采的有效制约和监督。同时,本次试验结果显示地震台网的监测控制范围受爆炸源能量、地下开采面的深度、监测区背景噪声、监测仪器的灵敏度和抗干扰能力等因素影响,试验结果可对今后矿区地震监测台网的合理布设提供有效指导。     

二维波动方程约束反演的大范围收敛广义脉冲谱方法

针对二维波动方程，将大范围收敛的同伦 方法引入算子参数识别反演的过程，并结合求解不适定问题的Tikhonov正则化方法，设计了二维波动方程反演的大范围收敛广义脉冲谱方法，并利用测井资料进行了约束反演. 大量 的数值模拟结果以及抗噪实验均表明了方法的有效性.     

基于频率衰减补偿的微地震定位方法

本文分析了不同频率的震源子波在传播过程中频率衰减与传播距离的关系,提出了地震波频率衰减补偿的微地震定位方法.该方法通过对地震波频率衰减的补偿,间接获取微地震事件的道间时差,避免了微地震事件的信号识别与走时拾取,实现了对微地震事件的定位.本文提出了方法的基本原理和计算方法,并通过理论计算和误差分析表明该方法是合理的和有效的.     

储层重力密度反演后验约束正则化方法

本文针对蒸汽辅助重力泄油(SAGD)生产中开发监测问题,发展了综合应用地震及重力数据反演储层密度的联合反演算法.通过测井数据建立纵波阻抗与密度的直接关系,并推导出这种关系下重力与纵波阻抗数据联合反演的计算方法,从而计算出蒸汽腔体密度分布规律.文中应用密度反演后验约束正则化方法,采用Tikhonov正则化模型,通过波阻抗数据作为约束进行联合反演,在算法上提高了稳定性,同时得到较高的反演精度.文中对SAGD生产中的理论模型进行了方法试算,并分析了算法的误差,最终应用于SAGD生产的实际数据中,通过最终反演结果分析,该方法取得了很好的应用效果.     

基于Extrapolation Tikhonov正则化算法的重力数据三维约束反演

通过研究重力数据三维反演解的病态性,利用基于拉格朗日插值方法的Extrapolation Tikhonov正则化方法来解决反演中解的不唯一性和不稳定性问题,该方法最大限度的减少了因正则化参数的引入而在反演结果中介入的误差,同时详细讨论了基于三种选择原则的正则化双参数的具体选择方法,模型试算结果表明,与原Tikhonov方法相比,该方法提高了反演的拟合精度.其次,为了消除核函数随深度增加而快速衰减对反演结果的影响,本文改进了前人的重力数据三维反演深度加权函数,改进后的加权函数与原函数相比能更好的识别异常体底部密度分布特征,对于埋深较深的异常体具有较好的识别效果,更好的解决了由近地面趋肤效应作用引起的密度分布不均的问题.同时,利用上下限约束函数限制每一个立方体的密度差范围,并应用于多组人工合成模型.结果表明:该反演方法能准确地获得正演模型的预设参数范围和位置.     

实数编码遗传算法在大地电磁测深二维反演中的应用

作为全局非线性优化的新方法之一的遗传算法,近年来已从生物工程流行到大地电磁测深资料解释中.然而,大地电磁反演问题具有不适定性,解的非唯一性.通过结合求解不适定问题的Tikhonov正则化方法,本文采用实数编码遗传算法求解大地电磁二维反演问题.此算法在构建目标函数时引入正则化的思想,利用遗传算法求解最优化问题.常规的基于局部线性化的最优化反演方法易使解陷入局部极小值,而且严重的依赖初始模型的选择.与传统线性化的迭代反演方法相比,实数编码遗传算法能够克服传统方法的不足且能获得更好的反演结果.通过对大地电磁测深理论模型进行计算,结果表明:该算法具有收敛速度快、解的精度高和避免出现早熟等优点,可用于大地电磁资料解释.     

二维波动方程速度的正则化-同伦-测井约束反演

针对二维波动方程反问题,将大范围收敛的同伦方法引入速度参数的反演过程中,并将其与求解不适定问题的Tikhonov正则化有机结合,提出了一种新的、特别适用于非线性的、不适定的、多极值的地震勘探反演问题的反演策略：正则化－同伦方法. 为了充分利用测井资料和地震资料的互补特征,进一步提高反演分辨率并压制噪声,设计了正则化-同伦－测井约束联合反演方法. 大量数值试验结果表明了这两种方法的有效性.     

Bayesian prestack seismic inversion with a self-adaptive Huber-Markov random-field edge protection scheme

Seismic inversion is a highly ill-posed problem, due to many factors such as the limited seismic frequency bandwidth and inappropriate forward modeling. To obtain a unique solution, some smoothing constraints, e.g., the Tikhonov regularization are usually applied. The Tikhonov method can maintain a global smooth solution, but cause a fuzzy structure edge. In this paper we use Huber-Markov random-field edge protection method in the procedure of inverting three parameters, P-velocity, S-velocity and density. The method can avoid blurring the structure edge and resist noise. For the parameter to be inverted, the Huber- Markov random-field constructs a neighborhood system, which further acts as the vertical and lateral constraints. We use a quadratic Huber edge penalty function within the layer to suppress noise and a linear one on the edges to avoid a fuzzy result. The effectiveness of our method is proved by inverting the synthetic data without and with noises. The relationship between the adopted constraints and the inversion results is analyzed as well.     

双参数混合正则化方法及在电导率反演成像中的应用

通过引入带有二阶正则算子的正则化项,建立了一种双参数混合正则化方法.为确定最佳正则化参数,这里主要应用L-曲线法、偏差原理和广义交叉校验准则的优化组合来确定.首先对理论模型进行了数值模拟,通过与截断奇异值分解法、共轭梯度法及标准Tikhonov正则化法的结果比较,表明该方法不仅精度高,而且对于数据的随机扰动具有稳定性....     

基于阻尼最小二乘法的位场欧拉反演方法

欧拉反演方法是一种常用的估算场源位置的位场反演方法.在欧拉反演方法中如何获得稳定的解是一个还没有得到很好解决的难题,场源异常相互叠加干扰使反演系数矩阵极易奇异是造成反演结果发散的主要原因.我们基于阻尼最小二乘法对欧拉反演进行了进一步的分析研究,试图提高反演结果聚集度,获得可靠的反演结果.经过研究发现,阻尼因子的选取、系数矩阵的特征值、坐标系原点的位置设置等因素都会影响反演结果.阻尼系数大小与反演结果向原点压缩的程度呈正相关关系;系数矩阵特征值的大小与反演结果向原点压缩的程度呈负相关关系;并且特征值较小的系数矩阵对应的反演结果对坐标原点的位置变化较敏感.当阻尼系数确定后,采取变换坐标参考点的方法可以获得发散性小、稳定性好的反演结果,据此我们提出了变坐标系筛选方法.为了进一步地缩小反演结果的分布范围,我们根据反演结果与窗口中心点的空间关系对反演结果进行再次筛选.模型实验表明,阻尼最小二乘法欧拉反演方法和变坐标系筛选方法简单易行,可以明显地改善反演效果,增强反演结果的聚集程度.