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.     

煤矿井下微震震源高精度定位研究

煤矿井下微震震源准确定位,对于动力灾害监测预警具有重要意义.由于微震震源需要通过井下传感器接收信息反演确定,传感器的安装位置限制于煤矿井下巷道周围,传感器沿巷道近平面的不合理布置将大大降低震源定位精度.针对由传感器信息反演震源位置引起的病态问题,本文提出了基于微震监测测点优化布置的震源高精度定位算法.首先通过计算系数矩阵条件数,判定病态问题;然后利用中心化法和行平衡法联合进行病态矩阵预处理.对预处理后的矩阵A、b利用L曲线法计算正则参数,结合Tikhonov正则化算法计算得到震源坐标正则解.研究结果表明,中心化法有效降低了矩阵数量级,行平衡预处理降低了病态条件数,预处理后Tikhonov正则解的震源坐标误差最小可以达到3.09m,与预处理前的高斯消去解相比误差大大降低.通过上述优化处理,实现了井下受限空间微震监测震源高精度定位.     

无需测速的微震源反演数学模型研究

微震源反演数学模型、反演算法等对象是微震源定位误差的重要来源。针对P波速度易衰减、首波到时数据拾取误差较大的情况,基于到时差模型(ATD)和P波到时方程组,建立到时差比值法反演数学模型(ATDRM),从目标函数中消除了P波速度和发震时刻等参数;同时,引入范数概念,得到改进的L1、L2、L3、L4范数模型,设计一系列反演模型对比实验和反演算法对比实验综合分析研究这些模型的优越性。工程数据显示：ATDRM模型的定位效果整体比经典ATD模型更好,ATDRM-L1模型震源误差可减少13.437 0 m;反演模型的定位误差受反演算法影响较大,单形替换法相比遗传算法(GA)、非线性最小二乘法(NLSM)、模拟退火算法(SA)等方法定位精度更高,稳定性更好;在应用单形替换法求解模型时,反演误差会随着范数参数N的增加(L1→L4)呈现先下降再上升的现象;ATDRM模型及其范式形式对提高微震源定位精度有一定价值。     

基于异向波速模型的微震定位改进

针对波速分层的区域岩体,在异向波速模型的基础上,对垂向上的应力波按岩体波速值大小作分段区别,推导震源应力波走时关系式,建立分层速度定位目标函数,基于此提出一种由参数准备、层速度反演、微震定位三个模块组成的分层速度定位模型SV,并采用遗传算法进行优化求解.然后,对分层速度定位模型在已构建微震监测系统的白鹤滩水电站左岸岩质边坡进行验证.微震事件重定位结果表明,分层速度定位模型定位微震事件的最大、最小和平均偏离层内错动带程度指标较单一速度模型分别降低了57.17%、36.51%和57.35%,证明了定位模型在波速分层的区域岩体微震定位应用中比单一速度定位模型更加合理可靠.     

微地震定位的加权弹性波干涉成像法（英文）

震源定位是微地震监测关键技术之一。本文提出用于微地震定位的弹性波和加权弹性波(WEW)干涉成像方法。该方法在保证定位精度的同时,还可避免震源假象。通过各向同性水平层介质状模型的数值试验,初步表明该方法可适应低信噪比微震信号、速度随机扰动、较稀疏的检波器分布等情况,并在速度模型存在一定的系统误差时也仍保持较高的定位精度。由于干涉成像方法不需要进行初至拾取,定位效率相对传统走时方法也得到了提高。采用二维断层模型试算Nnumerical results of using a two-dimensional fault model,表明方法还能实现多震源定位,且比逆时成像有更高的定位精度。     

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。     

融合门控循环单元和自注意力机制的矿山微震P波到时拾取方法

基于深度学习方法提出了一种矿山微震P波到时拾取方法。首先构建CNNDet模型进行事件监测和到时预拾取;其次引入自注意力机制,融合门控循环单元（GRU）构建CGANet模型,对检测到的事件进行P波到时精确拾取;最后将该方法与长短时窗能量比法、DPick和PpkNet方法进行对比,结果显示测试集的事件检测精确率和召回率都达到98%以上,P波到时估计的误差均值和标准差分别为0.014 s和0.051 s,说明本文方法在精确率、召回率及标准差等方面均明显优于上述三种方法。此外,对不同信噪比样本进行测试的结果也证明,本文方法在低信噪比下依然能保持较高的精度。在实际震源定位中,该方法也展现出了更优异的性能。     

一种改进的基于网格搜索的微地震震源定位方法

震源定位是微地震监测技术要解决的主要问题.目前,井下微地震监测多采用走时拟合法计算震源位置.常规方法受到环境噪声、初至拾取误差、速度模型误差等因素的影响,定位结果存在一定误差.为了提高定位精度,本文提出了一种改进的基于网格搜索的微地震震源定位方法.本文方法根据P波的偏振特征参数计算概率密度函数求取震源方位角,并采用改进的目标函数和搜索算法计算震源的径向距离和深度.模型数据和实际资料的处理结果表明,本文方法具有较强的抗噪性,计算得到的震源方位角更加接近真实值;与常规目标函数相比,本文方法采用的目标函数具有更好的收敛性,其定位结果受初至拾取误差和速度模型误差的影响更小;本文提出的搜索算法能够消除由于错误拾取造成的观测到时中的异常值对定位结果的影响.     

基于优化参数的地震P、S波震相到时自动拾取及质量评估

准确拾取P、S波震相到时是深入开展地震波研究工作的基础,本文改进了自动拾取参数优化函数算法和质量评估方案,引入了拾取到时优化方案,使用基于参数优化的频带-带宽拾取算法、AICD拾取算法和峰度拾取算法对腾冲地区7个宽频带地震台站记录的地震资料开展了地震P、S波到时自动拾取,对拾取结果进行了优化和质量判定.结果表明：经参数优化、拾取优化后,采用3种方法自动拾取的P、S波到时与人工拾取到时的时差在0.1 s内的记录占比分别达到74.66%、70.98%.这些参数值均优于算法改进前的同类参数,证明了优化方法的可靠性.     

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.     

地震定位方法研究进展

地震定位是地震学基本问题之一,如何提高地震定位精度是地震学研究重点。本文介绍地震定位技术在国内外的研究历史及进展,对目前存在的各种地震定位技术进行分类,概述基本原理及应用。详细介绍盖革经典定位法、双差定位法和微震定位方法中的波形互相关技术和震源扫描算法,并简单介绍微震定位技术在核试验监测及定位上的应用。     

时窗能量特征法拾取微地震波初始到时的可行性研究

微地震（MS）波初始到时的自动拾取是MS监测数据处理的关键技术之一,也是实现MS震源自动定位的技术难点.本文在MS震源定位结果反演与推断的研究基础上,对不同类型MS波的到时点特征进行了分析与描述,并对不同时窗长度下能量特征值的变化规律进行了研究,提出了控制时窗移动范围和确定时窗长度自适应参数的具体方法,利用建立的MS波初始到时点特征的模式识别库,对拾取的到时进行模式归类、定量评价和匹配,提高了自动拾取结果的可靠性.研究结果表明,对典型的信噪比高的MS波,到时自动拾取的结果与手工拾取的结果基本一致;对无量纲大振幅的MS波,到时自动拾取结果的可靠性要高于手工拾取,对信噪比低和到时点不清晰的MS波自动拾取的可靠性较低.     

微震信号自动检测的STA/LTA算法及其改进分析

通过对合成微震数据和实测微震记录的处理实验,对自动检测有效微震信号的STA/LTA(短时窗平均/长时窗平均)算法及其改进的加权系数法、多窗口算法和修正的能量比算法进行了分析和对比,给出了时窗长度、触发阈值和特征函数对算法性能的影响特征及其选取规律.与原STA/LTA算法相比,加权系数法,降低了微震事件的漏判率;多窗口算法和修正的能量比法提高了对低信噪比微震记录检测的正确率及微震到时的拾取精度.     

地震干涉技术的三维震源定位方法

快速、精确地进行震源定位是地震学的基础性研究课题之一.为了满足目前相关地震工作的需要,找到一种与实际情况相适应的有效震源定位方法具有切实意义.本文研究了干涉成像方法,根据地下介质构造以及对应传播速度,利用干涉的方法对震源位置进行成像.这种算法对地震记录的要求较低,不需要精确的初至时间,适应于多震源延时激发且信噪比较低的微震定位.基于二维干涉定位我们得到了三维干涉定位方法,确定了对应的成像理论.首先在二维水平层状介质模型中测试,定位结果趋近模拟位置.之后建立了三维均匀介质模型,进行三维弹性波场的数值模拟,对接收到的数据进行互相关运算,利用结果进行干涉成像,可以得到较为精确的水平位置,再结合二维模型中的方法确定深度,定位结果与模拟震源相符.最后根据三维模型下的微震数据同时定位出多个微震震源,证实了算法在微震定位中切实有效.     

确定震源位置,发震时刻及区域平均波速的最优化方法

本文详细讨论了利用井下和地面观测直达波到时资料联合确定震源位置,发震时刻及区域平均波速的最优化方法,该方法对震源深度及波速的确定给予特别的重视与处理。理论检验和实际算例表明,用该方法编制的程序定位精度高,计算速度快,可以在地层差异小的地区推广应用。     

微震识别方法研究进展

微震事件在震前预警、火山喷发监测、矿山安全监测、油气勘探和小当量核试验监测等方面发挥了重要的作用,而微震事件的自动识别工作是进行地震定位、震源属性判定和地震成像等一系列应用的基础.本文从单特征法、多特征法和综合分析法三个方面对已有的微震识别和震相拾取方法的原理、发展历程和特点进行了阐述.其中,单特征法具有算法简单,可操作性强和便于自动化处理的特点,但当信噪比较低时该类方法不适用;多特征法的抗噪能力较强,识别精度高,但计算速度慢;综合分析法在多种情况下都具有较好的识别效果,但往往需要人工参与.文章认为,三类方法各有利弊,单一方法无法适用于所有情形,需要根据具体的研究对象和区域,合理选择微震识别和震相拾取方法.     

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。     

通过无监督机器学习自动拾取微震事件

高效的波至拾取在微震和地震数据处理及成像过程中起到重要作用。广泛使用的基于波至拾取算法的短期平均和长期平均比(STA/LTA),对中强度随机环境噪声的敏感程度较低。为了使最先进的波至拾取方法奏效,首先需要对微震数据进行预处理,例如,消除足量的噪声,再由波至拾取法进行分析。为了解决微震或地震事件波至拾取的噪声问题,利用机器学习技术帮助识别微震或地震数据中的地震波形。由于受监督机器学习算法对大量设计好的训练数据具有依赖性,本文利用无监督机器学习算法将时间样本分为两组,即波形点和非波形点。已证明模糊聚类算法可以运用于微震拾取。一组复杂程度不同的合成、真实微震和地震数据集表明,即使在中强背景噪声情况下,该方法在拾取微震事件方面比最先进的STA/LTA方法表现得更稳健。     

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.