速度各向異性微震監(jiān)測定位方法、定位終端及定位系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及地震定位技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種速度各向異性微震監(jiān)測定位方法、定位終端及定位系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]礦震是采礦誘發(fā)的礦井地震，是礦井自然災(zāi)害之一。如何降低和減少礦震所導(dǎo)致的事故和災(zāi)難，是目前研究的重要課題，而解決這一問題的主要途徑之一，是對礦震進行實時連續(xù)監(jiān)測。
[0003]通常將介質(zhì)的某種屬性隨方向的變化特性稱為各向異性。地下介質(zhì)的各向異性類型很多，最常見、最簡單的是軸對稱的橫向各向同性介質(zhì)，這類介質(zhì)在沉積盆地、山前推覆褶皺帶、鹽下沉積地層中非常普遍。當存在軸對稱時，任何不均勻性都可看成是由各向同性薄層(極限情況下，無限薄的平面稱為各向同性平面)構(gòu)成的，在每個薄層之內(nèi)物質(zhì)是均勻的。考慮到這一情況，不論引起地震速度隨方向變化的具體巖石特性如何，我們將這種巖石內(nèi)部構(gòu)造的不均勻性或者巖性變化形成的薄層對彈性波傳播的影響稱之為速度的各向異性。
[0004]傳統(tǒng)的地震定位方法主要有以下幾種:
[0005](l)Geiger 法
[0006]Geiger與1912年提出Geiger法是地震定位的經(jīng)典方法，目前線性定位方法大多數(shù)源于此法。
[0007](2)改進的 Geiger 法
[0008]20世紀70年代后，Geiger的思想被廣泛用于地震定位工作中。Lee等人建立了HYP071，HUP078-81系列程序，國內(nèi)學者趙仲和參與了 80、81版本程序的研制。Backus和Gilbert提出新的反演理論后，Klein提出HYP0INVERSE算法，Lienert等在此基礎(chǔ)上得到HYP0CENTER算法，Nelson和Vidale也改進了 HYP0INVERSE，提出了三維速度模型下的QUAKE3D方法。趙仲和將HYP081用于北京臺網(wǎng)的定位計算，吳明熙等和趙衛(wèi)明等分別將經(jīng)典方法用于祿勸地震和靈武地震序列的定位。
[0009](3)多事件定位
[0010]多事件定位法主要包括以下幾種方法:
[0011]①震源位置與臺站校正的聯(lián)合反演(JED，JHD);
[0012]②震源位置與速度結(jié)構(gòu)的聯(lián)合反演(SSH)，其中，Crosson于1976年提出聯(lián)合反演理論；該方法不需要對波速進行校準，同時可以獲得有關(guān)速度結(jié)構(gòu)的信息，且和JED方法相比，將速度結(jié)構(gòu)作為未知參數(shù)與震源同時反演，解決人為構(gòu)造的速度模型引起的誤差；
[0013]③相對定位法(ATD)，其中，相對定位法是由JED發(fā)展而來，Spence對該理論的進行了詳細的闡述；原理是選定一震源位置較為精確的主事件，計算發(fā)生在其周圍的一群事件相對于它的位置，進而計算這群事件的震源位置。
[0014](4)空間域內(nèi)的定位方法——臺偶時差法
[0015]上述方法均為時間域內(nèi)的定位方法，基于對到時殘羞的處理，4個震源參數(shù)彼此不完全獨立，定位結(jié)果依賴于速度結(jié)構(gòu)和臺網(wǎng)分布。為克服上述缺點，眾多學者同時提出了空間域內(nèi)的定位方法:用距離殘值代替到時殘差，避免參數(shù)的相互折衷，定位精度較高。于Romney 1967年提出了臺偶時差近震定位法，利用到時相近、位置相鄰的兩個臺站(即臺偶)的到時差和表面平均視速度來建立距離殘羞方程，所得方程的條件數(shù)低，易于求解，并且定位結(jié)果對結(jié)構(gòu)的依賴很少，比較適合于礦震的定位。
[0016]上述定位方法中，Geiger法及其各改進的方法已被應(yīng)用于微震定位的研究。對于礦震定位，在有足夠臺站數(shù)的情況下是值得應(yīng)用的；由于礦震震源淺，速度模型可以簡化。多事件定位中，JED法、JHD法和SSH法都需要大量的臺站事件，不適合礦震的迅速定位。相對定位方法已經(jīng)應(yīng)用于聲發(fā)射定位中，且由于它的優(yōu)點，只要滿足條件，應(yīng)用于礦震的定位完全有可能。臺偶時差法的特點比較適合于礦震，但程序?qū)崿F(xiàn)較為困難。
[0017]常規(guī)地震速度分析通常假定地下為均勻水平層狀介質(zhì)，且要求采集小炮檢距資料。然而，實際T作時，即使在水平地層情況下，地震波傳播的時距關(guān)系與假定條件相比也有較大的差異，因為地震波速度不僅與傳播介質(zhì)特性有關(guān)，而且隨傳播方向變化，這種與傳播方向有關(guān)的現(xiàn)象被稱為地震速度的各向異性。在地震勘探領(lǐng)域，隨著地震勘探逐步向中深層發(fā)展，采集地震數(shù)據(jù)的炮檢距逐步增大(大子4500m)，各向異性問題更加凸顯。在這種情況下，應(yīng)用常規(guī)方法進行速度分析精度變低，進而影響地震資料的成像質(zhì)量以及疊前屬性分析效果。
[0018]綜上所述，有必要對現(xiàn)有技術(shù)作進一步完善。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0019]針對以上問題，本發(fā)明提供了一種構(gòu)思合理，能有效克服其他同類方法對礦山地震監(jiān)測和定位計算實現(xiàn)困難、精度低等問題，能準確分析地震速度的各向異性，對實際礦山地震進行快速、準確監(jiān)測和定位，提高了微震監(jiān)測和定位精度的速度各向異性微震監(jiān)測定位方法、定位終端及定位系統(tǒng)。
[0020]本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的:
[0021]上述的速度各向異性微震監(jiān)測定位方法，通過合理的選址在礦區(qū)地面及井下布置若干臺微震監(jiān)測定位終端，以構(gòu)成對全礦區(qū)范圍內(nèi)的三維立體礦震監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)；由微震監(jiān)測定位終端對振動波的頻率、振幅特征的分析，對礦震波進行自動識別；各監(jiān)測子臺將監(jiān)測到的礦震信號的波形數(shù)據(jù)及其預(yù)分析結(jié)果，光纖網(wǎng)絡(luò)或電話網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)竭h程測控及數(shù)據(jù)處理中心，遠程測控及數(shù)據(jù)處理中心接收監(jiān)測子臺發(fā)送的實時數(shù)據(jù)并進行二次處理和分析，精確計算礦震發(fā)生時刻、震級及震源位置關(guān)鍵震情數(shù)據(jù)，并通過礦震信息實時播報系統(tǒng)對礦震信息進行發(fā)布；另外，由礦震信息實時播報系統(tǒng)完成對當日礦震的次數(shù)、能量、位置數(shù)據(jù)的自動統(tǒng)計歸檔工作，通過對階段性礦震統(tǒng)計數(shù)據(jù)的分析，以對未來礦震發(fā)生趨勢和位置進行合理的預(yù)測。
[0022]所述速度各向異性微震監(jiān)測定位方法，其中:所述微震監(jiān)測定位終端是負責對震動信號進行實時監(jiān)測，利用震相識別技術(shù)對礦震信號進行自動識別；對已完成預(yù)識別的礦震信號利用單點定位算法、震級估算算法以及P波精確到時估算算法計算其震源位置、震級、礦震發(fā)生時刻關(guān)鍵數(shù)據(jù)；并將礦震波形數(shù)據(jù)及初次計算的關(guān)鍵數(shù)據(jù)發(fā)送到遠程測控及數(shù)據(jù)處理中心以供數(shù)據(jù)處理中心對礦震數(shù)據(jù)進行二次分析。
[0023]—種微震監(jiān)測定位終端，是由三分向加速度傳感器、數(shù)據(jù)采集器、嵌入式工控機、GPS授時模塊及UPS電源模塊五部分組成；所述三分向加速度傳感器用于確定礦震波傳播方向，其輸出端與所述數(shù)據(jù)采集器電連接；所述數(shù)據(jù)采集器接收所述三分向加速度傳感器輸出的三分向微震信號進行放大，濾波，采樣、量化、編碼成數(shù)字信號，以便于進行數(shù)字傳輸和計算機處理；所述嵌入式工控機由所述UPS電源模塊供電，并分別與所述數(shù)據(jù)采集器和GPS授時模塊雙向電連接。
[0024]所述微震監(jiān)測定位終端，其中:所述嵌入式工控機由中央處理器、顯示模塊、系統(tǒng)存儲模塊、固態(tài)存儲模塊、通訊接口、內(nèi)置看門狗模塊、板載RTC模塊以及電源模塊組成；所述通訊接口由以太網(wǎng)接口、PC/104總線接口以及RS232串行接口 3部分組成。
[0025]所述微震監(jiān)測定位終端，其中:所述嵌入式工控機通過所述PC/104總線接口與所述數(shù)據(jù)采集器連接，以完成對所述數(shù)據(jù)采集器的控制與實時數(shù)據(jù)的高速讀?。凰銮度胧焦た貦C通過所述RS232接口與所述GPS授時模塊相連；所述嵌入式工控機通過所述以太網(wǎng)接口與本體網(wǎng)絡(luò)相連，以將所述微震監(jiān)測定位終端接入到本地網(wǎng)絡(luò)。
[0026]所述微震監(jiān)測定位終端，其中:所述數(shù)據(jù)采集器包括前置放大器、濾波器和A/D轉(zhuǎn)換器三部分；所述數(shù)據(jù)采集器通過A/D轉(zhuǎn)換器將經(jīng)過放大和濾波處理的模擬信號就地轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，迭加時鐘編碼后傳送給所述中央處理器。
[0027]—種速度各向異性微震監(jiān)測定位系統(tǒng)，包括參數(shù)設(shè)置單元、數(shù)據(jù)采集單元、數(shù)據(jù)處理單元、模式設(shè)置單元、通信單元和授時單元；所述參數(shù)設(shè)置單元包括采集參數(shù)設(shè)置模塊、通信參數(shù)設(shè)置模塊和臺站參數(shù)設(shè)置模塊；所述采集參數(shù)設(shè)置模塊用于完成對采樣頻率、增益設(shè)置、量程設(shè)置、通道選擇、觸發(fā)電平和觸發(fā)靈敏度的設(shè)置；所述通信參數(shù)設(shè)置模塊用于完成網(wǎng)絡(luò)通信參數(shù)、GPS通信參數(shù)以及系統(tǒng)授時參數(shù)的設(shè)置；所述臺站參數(shù)設(shè)置模塊用于完成終端設(shè)備安置坐標和設(shè)備標識號的設(shè)置；所述數(shù)據(jù)采集單元用于負責震動數(shù)據(jù)的濾波與采集，其包括數(shù)據(jù)采集模塊和濾波模塊；所述數(shù)據(jù)采集單元利用所述數(shù)據(jù)采集模塊提供的接口函數(shù)完成對震動數(shù)據(jù)的采集工作，并根據(jù)設(shè)計好的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)將數(shù)據(jù)存儲在環(huán)形緩沖區(qū)內(nèi)以供處理；所述數(shù)據(jù)處理單元用于負責礦震信號識別、初次震情信息的計算任務(wù)，其包括震相識別模塊、單點定位模塊和震時估算模塊；所述數(shù)據(jù)處理單元利用所述震相識別模塊進行P波的震相識別，并對識別后的礦震波形數(shù)據(jù)利用