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.     

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。     

大庆遥测地震台网网内微震定位方法研究

为了实验对大庆遥测地震台网内事件的精确定位,分析了台网的实际情况,建立了 网内Ｐ波速度模型,并根据该模型编制出相应的初至Ｐ波走时表。     

基于干涉成像的微震定位方法

提出了一种基于光学干涉原理,用地震波代替光波进行地震成像的一种新的成像方法:地震干涉成像方法。用这种方法进行微震定位的特点是不需要进行初至拾取,观测系统也可以使用任意阵列检波器。模拟了一个地下震源的二维时间延迟记录,编制了基于C语言的震源定位程序,对接收的记录使用此方法进行成像。通过程序运行结果验证了此方法的可行性,且定位效果明显。     

基于随机反传和筛选模型的微震逆时定位成像

对于常规的逆时定位成像方法,成像结果中强震源的成像值通常远大于并且会掩盖弱震源;同时,成像结果中假象的压制与消除也一直是该技术中颇受关注且比较难解决的问题.对此,本文结合了混合成像条件与高通滤波,从图像对比度的角度加强定位成像效果.提出了反传检波点随机选择的方法,通过重复进行随机选择与随机分组,从而得到不同震源的、包括一些冗余在内的更多信息,通过对信息的融合以提高定位可靠性.提出了筛选模型的概念,将成像过程中各点的波场反传序列引入震源判断标准,构建函数以大致量化震源存在的可能性,结合阈值,构造出由0和1组成"筛选模型",对成像结果进行通过性选择,以此消除假象并提高震源识别的正确性.通过简单模型和复杂模型,验证了本文提出方法的有效性以及对各类干扰因素的适应性与抵抗性.     

北京西北地区现代微震重新定位

采用Powell定位方法对北京西北地区(39-41N, 114-117E)1979-1992年3月发生的348个地震重新定位, 并给出了Powell直接搜索法定位的误差估计方法。通过震相到时的复核和补充、定位速度结构模型的修定以及定位程序的改进等措施, 改善了定位效果。结果表明, 重新定位后, 给出震源深度的地震数从原来的132个增至313个;定位结果均方根残差的均值从0.800.40S降至0.450.18s;各台P波到时残差下降;有近10%的地震震中位置移动了10km以上, 它们多为北京地震遥测台网边缘的地震。      

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.     

基于机器学习微震目录构建与被动源地震层析成像的张集煤矿注浆治理效果评价（英文）

断层注浆治理是预防煤层下方含水层突水的重要手段,但注浆治理效果评价难度大、成本高,相关领域的研究较少。为此我们提出了一种经济有效的方法,该方法利用矿方已有的实时微震监测系统对煤矿注浆治理效果进行评价。我们的处理流程主要包括深度神经网络(DNN)震相自动拾取、网格搜索定位和双差地震层析成像,并将其应用于安徽淮南张集煤矿1613A工作面注浆治理评价中。利用1613A工作面2020年9月的微震事件反演了工作面附近区域的地震波速结构。结果表明,采动过程中注浆治理区域受到较大扰动,发育了大量微地震事件,在工作面底板以下50 m区域范围内,地震纵波波速高达4.3km/s,这一高波速表明注浆治理效果较好。此外通过开展检测版模型分辨率测试,表明在我们关注区域的地震波速结果具有较高的可靠性。因此采用基于深度学习的微震目录构建和被动源地震层析成像技术可以对注浆效果进行较好的评价。     

基于模板匹配定位法的江苏盐城附近微震检测和构造分析

利用基于GPU加速的匹配定位法和双差定位法,对江苏盐城及邻区18个台站记录的2009~2018年共10年的连续地震资料进行分析。首先从台网目录中挑选211个地震事件作为模板事件,使用匹配定位技术对江苏盐城附近连续10年的地震进行检测和识别,共识别出1349个地震事件,约为台网目录地震事件的3倍,最小完备震级由台网目录的M_L1.9降为M_L1.2。然后利用双差定位法对检测到的地震事件进行精定位,精定位的结果揭示：建湖地区的地震密集带与洪泽-沟墩断裂有关,震源深度优势分布为5~20km,断裂两侧震源深度有显著差异,断裂带倾向NW;射阳震群震源深度比建湖震群有所加深,优势分布为10~25km,震源深度由南东向西北逐渐变浅;宝应地区地震丛集分布;东台地区由于模板事件相对较少,扫描定位后,地震事件在陈家堡-小海断裂带附近零星分布。研究结果为研究盐城地区的地震活动性、发震断层的深部构造提供了基础数据支撑。     

有效应力对岩石弹性波速的影响

在围压和孔隙压力作用下,对饱和癸烷砂岩弹性波速随有效应力的变化进行了测试,分析了有效应力对岩石波速影响的基本规律,确定了描述波速随有效应力变化数学模型的基本形式,利用Han和Freund的测试数据,进行了有效应力对波速影响的多元非线性回归分析,得出了干燥和饱和水砂岩的波速模型.对波速随有效应力增大的机理、回归参数的物理意义以及岩石波速应力敏感性的影响因素进行了分析,并讨论了回归模型在孔隙度、孔隙压力、地应力和微裂隙反演中的应用.     

层状TI介质中微地震定位和各向异性速度结构同时反演

微地震监测被广泛应用于非常规油气资源的水力压裂作业、油藏描绘和水驱前缘监测工程中.微地震定位采用的初始速度模型一般是基于地震测井记录和射孔数据建立,该速度模型的不准确性易引起定位误差.为降低这种定位误差,本文发展了一种微地震定位和各向异性速度结构同时反演的方法.研究对象为1-D的层状TI介质,其中对称轴方向任意.利用改进的分区多步最短路径算法计算qP、qSV和qSH波的到达时间和射线路径,结合共轭梯度法求解带约束的阻尼最小二乘问题.数值模拟结果表明,该算法能同时进行各向异性速度结构模型（每层的Thomsen参数和界面深度）和微震震源参数（空间坐标和发震时刻）的反演,并且对随机噪声不敏感,有利于实际工程应用.

     

水力压裂对速度场及微地震定位的影响

水力压裂是页岩气开发过程中的核心增产技术,微地震则广泛用于压裂分析、水驱前缘监测和储层描述.微地震反演过程中,用于反演的速度模型往往基于测井、地震或标定炮资料构建,忽略了压裂过程中裂缝及孔隙流体压力变化对地层速度的影响.本文首先基于物质守恒、渗流理论和断裂力学模拟三维水力压裂过程,得到地下裂缝发育特征和孔隙压力分布.继而根据Coates-Schoenberg方法和裂缝柔量参数计算裂缝和孔隙压力对速度场的影响,得到压裂过程中的实时速度模型.最后利用三维射线追踪方法正演微地震走时和方位信息,并采用常规微地震定位方法反演震源位置及进行误差分析.数值模拟结果表明,检波器空间分布影响定位精度,常规方法的定位误差随射线路径在压裂带中传播距离增加而变大,且不同压裂阶段的多点反演法与单点极化法精度相当.     

Cross double‐difference inversion for simultaneous velocity model update and microseismic event location

Microseismic monitoring is an approach for mapping hydraulic fracturing. Detecting the accurate locations of microseismic events relies on an accurate velocity model. The one‐dimensional layered velocity model is generally obtained by model calibration from inverting perforation data. However, perforation shots may only illuminate the layers between the perforation shots and the recording receivers with limited raypath coverage in a downhole monitoring problem. Some of the microseismic events may occur outside of the depth range of these layers. To derive an accurate velocity model covering all of the microseismic events and locating events at the same time, we apply the cross double‐difference method for the simultaneous inversion of a velocity model and event locations using both perforation shots and microseismic data. The cross double‐difference method could provide accurate locations in both the relative and absolute sense, utilizing cross traveltime differences between P and S phases over different events. At the downhole monitoring scale, the number of cross traveltime differences is sufficiently large to constrain events locations and velocity model as well. In this study, we assume that the layer thickness is known, and velocities of P‐ and S‐wave are inverted. Different simultaneous inversion methods based on the Geiger's, double‐difference, and cross double‐difference algorithms have been compared with the same input data. Synthetic and field data experiments suggest that combining both perforation shots and microseismic data for the simultaneous cross double‐difference inversion of the velocity model and event locations is available for overcoming the trade‐offs in solutions and producing reliable results.     

基于瞬时相位的微地震干涉定位方法研究

波形叠加定位法具有自动性和抗噪性等优点, 已被广泛应用于微地震事件定位.当该类方法采用特征函数变换原始波形以克服初至极性变化影响时, 会降低成像分辨率.而将相位加权叠加法应用于微地震成像时, 虽然提高了成像分辨率, 但并未考虑复杂震源机制对定位的影响.为了校正波形极性, 并提高干涉成像法的分辨率和压制噪声的能力, 本文重新组合了原始互相关波形的振幅和瞬时相位信息, 提出了互相关相位加权成像法(CCPW).通过数值算例对比了互相关相位加权成像法(CCPW)、基于绝对值干涉成像法(AII)和基于长短时窗能量比干涉成像法(SLII), 讨论了不同方法在抗噪性和成像分辨率等方面的性能.理论测试结果表明: 新方法能够校正波形极性变化, 具有较强的抗噪性, 提高了成像分辨率.最后将三种方法应用于地面监测的实际矿震数据中, 验证了新方法的有效性.

     

煤矿冲击地压的微地震监测研究

为了研究煤矿冲击地压与岩层在三维空间破裂之间的关系,进而探索依据岩层破裂规律预测和预报冲击地压的可能性,文中采用自行研制的防爆型微地震定位监测（MS）系统,基于定位原理,监测了山东华丰煤矿冲击地压煤层（四层煤）及其解放层（六层煤）开采过程中的岩层破裂过程和二次应力场分布变化的过程,得到了如下结论：冲击地压的发生与岩层破裂密切相关,四层煤下顺槽处于六层煤顶板破裂区的外边缘时,正处于高应力区内,在此处掘进容易引发冲击地压,必须将六层煤下顺槽位置向实体煤侧移动20 m以上,或将四层煤下顺槽位置内移20 m以上,才能消除四层煤的冲击地压;六层煤和四层煤开采时,工作面前方断层活化的距离分别为250 m和350 m左右,根据这一距离,及时对断层带进行卸压处理,可以消除由断层带引发的冲击地压;监测显示了工作面周围岩层的三维破裂形态和范围,为矿井确定防水煤柱的高度提供了可靠的依据;监测证明了厚层砾岩的破裂、断层活化、采场附近关键层的破裂是引起冲击地压的主要原因,证明了所研制的硬件和定位软件具有较高的精度和实用性,可以在煤矿和边坡、隧道等领域应用.     

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.

     

Improvements on particle swarm optimization algorithm for velocity calibration in microseismic monitoring

In this paper,we apply particle swarm optimization(PSO),an artificial intelligence technique,to velocity calibration in microseismic monitoring.We ran simulations with four 1-D layered velocity models and three different initial model ranges.The results using the basic PSO algorithm were reliable and accurate for simple models,but unsuccessful for complex models.We propose the staged shrinkage strategy(SSS) for the PSO algorithm.The SSS-PSO algorithm produced robust inversion results and had a fast convergence rate.We investigated the effects of PSO's velocity clamping factor in terms of the algorithm reliability and computational efficiency.The velocity clamping factor had little impact on the reliability and efficiency of basic PSO,whereas it had a large effect on the efficiency of SSS-PSO.Reassuringly,SSS-PSO exhibits marginal reliability fluctuations,which suggests that it can be confidently implemented.     

Comparison of migration‐based location and detection methods for microseismic events

Microseismic monitoring in the oil and gas industry commonly uses migration‐based methods to locate very weak microseismic events. The objective of this study is to compare the most popular migration‐based methods on a synthetic dataset that simulates a strike‐slip source mechanism event with a low signal‐to‐noise ratio recorded by surface receivers (vertical components). The results show the significance of accounting for the known source mechanism in the event detection and location procedures. For detection and location without such a correction, the ability to detect weak events is reduced. We show both numerically and theoretically that neglecting the source mechanism by using only absolute values of the amplitudes reduces noise suppression during stacking and, consequently, limits the possibility to retrieve weak microseismic events. On the other hand, even a simple correction to the data polarization used with otherwise ineffective methods can significantly improve detections and locations. A simple stacking of the data with a polarization correction provided clear event detection and location, but even better results were obtained for those data combined with methods that are based on semblance and cross‐correlation.     

三峡库区地震精定位中确定速度模型的方法

研究三峡库区地震精定位中确定速度模型的方法,分析不同速度模型对地震定位精度的影响,并选取多种方法来定量评价不同速度模型的地震定位精度。当地震分布或台站能够较好的覆盖研究区域,采用Kissling方法拟合观测数据得到的速度模型地震定位精度最高。当地震分布不能较好的覆盖研究区域,由人工地震测深结果得到的速度模型地震定位精度次之。当没有足够的观测数据,也没有人工地震测深结果,综合研究区域内的相关研究成果确定的速度模型也是可用的,但是地震定位的精度不高,特别是震源深度的精度很差。