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.     

微震监测技术在大岗山水电站右岸边坡中的应用

大岗山水电站右岸边坡地质条件复杂,断层、岩脉、卸荷裂隙密集带、深部卸荷带及节理裂隙发育。为了监测边坡在开挖过程中引起的卸荷松弛和后期大坝蓄水引起的应力重分布,以及对由此造成的边坡潜在滑动区域进行识别和圈定,采用高精度微震监测技术进行岩质边坡潜在失稳监测的工程实践。通过构建右岸边坡三维地质模型和优化传感器布设方案,采用人工定点爆破试验对监测系统定位性能进行测试,结果显示在传感器阵列范围内的震源定位误差小于10 m,表明该监测系统具有较高的定位精度。工程实践证明,微震监测能够准确诊断出断层和卸荷带等构造活动的强度、烈度以及相关的时空参数,是实现边坡潜在失稳机理研究的一种新的监测手段。     

基于密集台阵研究2019辽宁抚顺M2.4矿震震源参数

分析矿震破裂机制及微震的时空分布能够为矿区灾害评估提供更多的有效信息.本研究基于密集台阵观测对2019 年11 月12 日辽宁抚顺2.4 级矿震开展震源参数研究,震源机制解显示地震破裂包含明显的非双力偶分量,表现为体积压缩的塌陷机制,且震源深度较浅,最佳拟合矩心深度为0.6 km.同时,对 11 月3 日—25 日记录...     

煤矿矿震应力窗口效应

对煤矿矿震活动特征,震源机制解,与天然地震的相关性以及特殊的环境条件等进行了研究,认为煤矿矿震的孕育和发生受控于区域应力场,具有区域应力变化的灵敏窗口效应,可视为探索天然地震前兆和区域应力场变化的应力窗口。     

滇西实验场区微震序列的环境应力值特征

根据陈培善和Duda(1993)提出的震源速度谱模型，研究了用速度谱极大值Vc(cm)>max直接测定地震矩M0的方法．利用在滇西实验场区开展近场微震观测新获得的洱源、脉地和松桂地区三次微震序列的数字化资料，测定了三次地震序列的地震矩M0和震源力学参数．三次微震序列的震级绝大多数在1.0——2.5级之间，测定的地震矩为1010M01013(Nm)，震源破裂半径a为90——270 m．对环境应力参数0和的研究还表明，地面运动峰值速度(rv)是环境应力参数0和的函数，且环境应力与地震构造及介质状态相关，三次震群序列的环境应力0和值分别为高应力震群(脉地序列)在0.5——5.0 MPa；中等应力震群(松桂序列)在0.3——１.5 MPa；低应力震群(洱源序列)在0.01——0.5 MPa．进而讨论了高、中、低三种环境应力状态所反映出与构造和介质状态差异的依赖性，这种研究有助于深入了解作为孕震背景的环境应力状态与孕震过程和潜在地震危险区的相互关系．其次，我们发现，大小地震的矩标度存在明显差异，当地震矩M014 Nm时，峰值速度与地震矩按rvM0.80标度，而在M01014 Nm时，则按rvM1/30标度．      

P波随时间衰减:以两条加利福尼亚地震破裂带为例

地震预测是地震学研究一个基本目标,而理解地震周期是地震预测的重要环节.遗憾的是,由于地震断层带不但结构复杂,大地震前后短时间内的震源过程更是随时间迅速变化,这些复杂因素使得常规研究方法不再适用.一类特殊的微震成群地发生在主震断层几乎同一地点上,震源系数几乎相同,近年来地震学界通称其为震群(earthquakemultiplet).本文论证如何将这类特殊的微震作为一组人工震源来阐述美国西部两次大地震(LomaPrieta和MorganHill)的震后弛豫过程.在加利福尼亚LomaPrieta(1989年9月18日,M7.0)及MorganHill(1984年4月24日,M6.2)附近的主震破裂带中就发生了此类震群.其中有两组各包含11个重复地震的震群,分别位于这两个破裂带中,其波形资料质量高,波形及震级变化极小,因而可与实验室条件下的人工震源相比.这些震群地震资料可直接用于计算P波沿波程衰减(即t)的时间性变化,其方法的简单性及结果的精确性都与实验室水平相当.我们的结果显示,每个震群周围分别存在一个异常体,在其各自主震之后的10个月中,该异常体中的P波衰减迅速上升并降落.衰减峰值发生在LomaPrieta地震后2～3周,其震群深度为10.2km.此峰值在MorganHill地震后5～6个月发生,其震群中心深度为2.6km.这两个事例中,t波动峰值都超过此前获得的加利福尼亚大致同一地区t绝对值的100%[1].此结果显示了因同震裂隙张开和震后弛豫过程(如流体移动、裂隙复原及岩石压缩),以及孔隙度和流体饱和度在主震源体部分区域发生的变化.衰减达峰值的时间之显著差异则提示我们,裂隙闭合及伴随的流体移动是负载敏感的,深度越大达峰值越快,反之亦然.如将此方法应用于主震前多重地震的资料,将有望更好地理解最终导致主震断层带大破裂的震前微破裂的物理过程.     

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。     

微震多维信息识别与冲击矿压时空预测——以河南义马跃进煤矿为例

随着煤炭开采深度和强度的增大,冲击矿压已成为煤矿普遍的安全问题.具体针对煤矿冲击矿压的时空预测难题,进一步发展了微震多维信息的时空预测方法：首先,构建微震多维信息识别指标体系,包括优选的频次指标和新提出的震源集中程度、最大应力和总应力当量指标;其次,基于归一化方法、异常分级判别准则和时空统计滑移模型,分别获得各指标的时序曲线和空间云图;然后,采用R值评分法评估和检验各指标的预测效能,并依此赋予各指标权重;最后,应用综合异常指数方法,实时定量分析监测区域的冲击险状态、具体危险区域及等级.预测实例表明,该方法综合考虑了微震时、空、强要素,预测效能较高,并能从时序上定量描述监测区域的冲击危险状态,空间上定量反映监测时段内的冲击危险区域及等级,现场中指导实施防冲措施,在一定程度上解决了现场防冲措施实施的盲目性,从而进一步发展了煤矿冲击矿压的时空监测预报方法.     

基于“剪切+张裂”一般位错模型频率域求解微震震源机制

研究微地震的震源机制,获得压裂区域的破裂方向、尺度和应力状态等信息,在非常规油气开采过程中具有重要意义.对于微震,通常采用剪切位错或者矩张量模型对震源进行描述.本文从其实际发震机制出发,使用了"剪切+张裂"的一般位错点源模型,并基于此模型发展了一种利用全波形信息,通过波形振幅谱相关和初至约束,在频率域求解微震震源机制的方法.该方法适用于地面和井中观测,能够在得到常规震源参数（断层走向、倾角和滑动角）的同时给出裂缝断层剪切和张裂错动的距离信息,更直观体现破裂程度.理论数值测试证明方法有效、可行,在未滤波的情况下,实际数据的波形拟和结果仍较为一致,同时还发现错动距离与应力降等常规破裂参数并不严格相关,说明剪切、张裂错距可作为独立的新参数来定量评估水压致裂效果,指导工程开发进行.     

矿山地震与瓦斯突出的相关性及其在震源物理研究中的意义

介绍了矿山地震与瓦斯突出等煤矿灾害及成因, 并通过若干煤矿瓦斯突出和矿山地震的同震现象,论述了这些灾害在动力过程中的内在关系.这些震例表明,在高瓦斯煤矿, 矿山地震与瓦斯突出存在密切的相关.认为较大矿震伴随瓦斯的低值延时响应可能是瓦斯突出的预警信号.从矿震定位、震源机制、矿震成因、瓦斯突出条件等分析了矿震与瓦斯突出相关的机理. 进一步介绍了瓦斯流体对矿震的触发作用,尤其超临界流体的特殊性质在矿震发生中的重要作用.依据矿震与构造地震在机制方面的相似性, 讨论了上述结果在震源物理研究中的意义.      

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.     

海城地震前后微震震源参数与介质品质因子

基于等效弹性球模型,由分析P波波谱的斜率和低频成分,测定了海城地震（M=7.3）前后,震源及其邻近地区内微震震源参数（地震矩、应力降和震源尺度）,以及相应路径上的介质品质因子-Q值。 结果表明:（1）海城地震前,发生在震源区内及沿北东向断裂带上的震级相近的小地震,其应力降高于震后相应地区小震的应力降,与此相应,震源尺度则震前比震后要小。（2）震前沿北东向断裂带应变能积累的范围大于余震分布区域,显示出北东向的构造运动在海城地震孕育过程中起了重要作用。（3）震前,海城地震震源区周围介质强度较高,Q值分布比较均匀,约为500-600;震后,在震中西南方向上Q值明显减小,约为180。 文中还初步提出了分析小震群震源参数,结合区域地质构造的特征,以及其他前兆现象预报未来大地震的可能性。     

页岩中水力压裂扩展的微震机理研究

微震监测技术被广泛应用于衡量水力压裂作用。由于微震释放机制的复杂性,很难获得对其统一的理论认识。基于地震学原理,本文采用物理模拟实验和数值分析方法对页岩水力压裂扩展造成微震的机制进行研究。理论上,岩石破裂过程取决于水力裂纹尖端的应力分布。通过反演得到矩张量的特征方程及其特征值,从而确定震源点的破裂机制。通过真三轴水力压裂物理试验和声发射实验获得岩石破裂过程的基本规律。利用声发射信号的主频特性和初始运动来确定震源处的拉剪损伤比。震源点微震地震波采用水平井压裂数值模拟方法进行研究,得到不同位置、不同平面、不同方向上的微震波的频率和能量特性。通过数值分析验证了微地震波的分布,并揭示了在水力压裂作用下释放的震源机制。研究成果对页岩特性、页岩气储层评价和重构、优化压裂参数、提高采收率等方面具有重要的现实意义。     

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。     

张北地震前小震活动和余震序列精确定位及主震破裂方向的讨论

1970年至1998年1月10日张北地震前,沿NWW向发生2级以上地震24次,其分布相对集中,呈条带状。对华北台网所记上述地震的到时数据全部重新查图核对,并补充了内蒙古台网5个台的数据以改善用于定位的台站分布,并采用主地震定位法重新定位,除一个地震外,其余地震更加集中,形成一小震条带。1998年2月中国地震局地球物理勘探中心在张北震区架设10台短周期数字化地震仪,记录了大量微震。作者采用P波和S波到时差重新进行了震源定位,得到184次微震的定位结果,连同1998年1～2月张北震区3级以上地震事件定位结果一起勾画出6．2级地震的震源破裂带。由张北地震震中向SEE向延伸存在由强震构成的张家口渤海地震带。根据精确定位结果,结合修订后主震的震源机制、宏观烈度分布和层析成像资料,讨论了张北地震和小尺度地震带(震源破裂带)、震前的中等尺度小震条带以及大尺度的张家口-渤海强震带的关系。     

2．加拿大由采矿诱发的地震活动性综述

由于区域地震台网布设到开采矿区，加拿大对矿震活动的监测工作已得到了改进。矿震的强度、频度，会随着采矿向更深处发展并随开采率的加速而增加．因为许多矿山（钾盐、煤和金属）的面积范围较大，所以现今监测这些矿震的最可行和最实用的方法是，在发生微震活动的矿内或矿的地表布设地震台网。在少数几个矿山周围已部署了地震台网，并且还计划在近代经历过剧烈矿震的其它矿山周围布设地震台网。本文描述了６次矿震的震源机制，并且介绍了有关的Ｐ波、Ｓ波辐射图像。把实际地震的辐射图像与理论上的预测进行比较，是判断潜在源机制的快速方法，另外，可用识别较大事件前的微震活动图像方法来减轻严重事件所造成的潜在损失。     

微震分析水压致裂的破裂过程

水压致裂技术广泛用于增加石油和天然气产量和开发地热资源．用水压致裂法在地下深部形成破裂带系以储存固液态废物是工业技术与环境保护科学相结合的最新进展．了解水压破裂的力学特性和破裂带的几何形状对于资源开发和贮存废物都十分重要．水压破裂常伴有大量极微震发生．分析伴生微震的时空强分布可得出水压破裂带的几何参数及破裂过程的运动学和动力学参数．利用波形相关分析和时空搜索定位法，我们高精度地确定了157个水压破裂伴生微震的震源位置．微震的空间分布图清晰地刻画出水压破裂带的空间尺度和取向．由微震的时空分布的变化推断出破裂带的扩展方向和速率．应用经验格林函数法分析孪生地震对得到较大微震的震源时间函数和震源参数，如地震矩、破裂半径和应力降．震源时间函数的方向性变化表明破裂向西北方向传播，与破裂带扩展方向一致．微震应力降的较大变化反映出水压破裂带上力学性质的显著不均匀性．      

利用重复微震估算红河断裂带北段深部滑动速率

利用云南数字地震台网1999—2015年的波形资料,通过识别在断层同一位置发生的重复微震来估算红河断裂带北段不同孕震深度的断层滑动速率.针对研究区台站分布稀疏的客观情况,采用基于子采样条件下S-P相对到时差约束地震相对位置,从而确保震源位置一致性的方法,在红河断裂带北段及其附近区域识别出23组重复微震,其复发间隔变化明显.重复微震的时空变化初步分析表明,研究区频繁的背景地震活动和相邻较近的重复微震之间的相互作用都会对重复微震的复发间隔产生影响.利用重复微震的震级和复发间隔,估算得到红河断裂带北段6.0～13.4km孕震深处的滑动速率为2.3～10.0mm·a-1,显示不同孕震深度的滑动速率存在差异.     

震源孕育模式的数值模拟研究

在充分考虑地质体材料力学性质非均匀性特点的基础上，运用岩石破裂失稳过程有限元分析新方法(RFPA)，以不存在明显孕震构造特征的包体模式为例，模拟研究了挤压边界条件下的震源孕育模式，包括断层的形成过程和地震活动特征，演示出孕震体由变形、破裂到宏观贯通的地震全过程以及它们的时空强基本规律．计算所得到的应力、变形和微震空间分布，形象地给出了变形局部化、震源迁移、膨胀或隆起，弹性回跳和X型共轭变形带等直观图象．      

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.