專利名稱：一種利用微震點作為震源計算礦區(qū)地震波傳播速度的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種計算地震波傳播速度的計算方法，尤其涉及一種利用微震點作為震源計算礦區(qū)地震波傳播速度的方法。
背景技術(shù)：
地震波的傳播速度是反應(yīng)巖石應(yīng)力狀態(tài)的最有效的現(xiàn)場指標(biāo)之一。礦區(qū)局部巖石的地震波傳播速度隨著應(yīng)力的增加而增加。當(dāng)應(yīng)力超過巖石的承受 能力時，巖石會迅速破壞，破壞后的巖石會使地震波的傳播速度迅速降低。更重要的是，地 震波的傳播速度也是反應(yīng)巖石物理狀態(tài)的有效指標(biāo)。如巖石中充滿瓦斯或水時不但會大大 降低地震波的傳播速度而者會影響地震波的傳播特征。所以，在開采礦區(qū)來說，異常低的地 震波傳播速度應(yīng)與瓦斯或水的突出源區(qū)有關(guān)，而高的地震波傳播速度則與巖石的應(yīng)力集中 有關(guān)。了解和掌握地震波傳播速度的分布，對預(yù)警、預(yù)報礦山災(zāi)害，避免災(zāi)害發(fā)生時帶來的 人員、財產(chǎn)損失有重大幫助。目前，國內(nèi)外確定巖石地震波傳播速度的方法主要是勘探的方法，即在礦區(qū)的一 處放炮而在另一處接受其產(chǎn)生的信號，然后根據(jù)接受到的時間長短來計算兩處之間的巖石 傳播速度。這種方法需要事先布置勘探設(shè)備，在生產(chǎn)礦井中，布置勘探設(shè)備不僅受到空間的 限制，而且需要及停工停產(chǎn)，這對礦山開采過程中非常不實用。更重要的是，它不能用于實 時監(jiān)測。所以，盡管地震波的傳播速度能有效的提供大量的對礦山安全生產(chǎn)有益的信息，但 并不能在現(xiàn)場得到應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)的弊端，提供一種利用微震點作為震源計算礦區(qū)地震波傳播 速度的方法。本發(fā)明所述利用微震點作為震源計算礦區(qū)地震波傳播速度的方法，首先根據(jù)地震 波在待測礦區(qū)內(nèi)不同地層中傳播速度的不同而將待測礦區(qū)的地層劃分為不同的速度層，并 將不同的速度層之間、頂層速度層的上部、以及底層速度層的下部均設(shè)置分隔界面；以待測礦區(qū)內(nèi)預(yù)定點為原點，在每一速度層建立三維連續(xù)速度方塊，并對所述三 維連續(xù)速度方塊賦予初始值；將待測礦區(qū)的每一分隔界面劃分為具有三維空間的連續(xù)方格網(wǎng)；在待測礦區(qū)的不同速度層內(nèi)設(shè)置多個預(yù)定傳感器；并執(zhí)行如下步驟步驟一，根據(jù)多個預(yù)定傳感器測得的微震點產(chǎn)生的地震波時間確定微震點的坐標(biāo) 估計值；步驟二，根據(jù)微震點的坐標(biāo)估計值及所述預(yù)定傳感器所在的速度層確定該微震點 所產(chǎn)生的地震波至該預(yù)定傳感器的所有可能傳播路徑；步驟三，選取所有的可能傳播路徑中地震波傳播時間與該預(yù)定傳感器測得的地震波時間的差值符合預(yù)定范圍的可能傳播路徑為固定傳播路徑； 步驟四，根據(jù)上述確定的固定傳播路徑及該固定傳播路徑上的三維連續(xù)速度方塊 的初始值計算出地震波的傳播速度。本發(fā)明所述利用微震點作為震源計算礦區(qū)地震波傳播速度的方法的步驟一中，利 用三點法確定微震點的坐標(biāo)估計值。本發(fā)明所述利用微震點作為震源計算礦區(qū)地震波傳播速度的方法的步驟三中，根 據(jù)微震點的坐標(biāo)估計值、地震波的可能傳播路徑、以及該可能傳播路徑上的三維連續(xù)速度 方塊的初始值計算出地震波傳播時間。本發(fā)明所述利用微震點作為震源計算礦區(qū)地震波傳播速度的方法的步驟三進一 步包括若所述差值符合預(yù)定范圍，則將該可能傳播路徑確定為固定傳播路徑，并繼續(xù)確 定其他可能傳播路徑對應(yīng)的差值，直至所有可能傳播路徑均被確定為固定傳播路徑；若所述差值不符合預(yù)定范圍，則返回執(zhí)行步驟一重新確定微震點的坐標(biāo)估計值。本發(fā)明所述利用微震點作為震源計算礦區(qū)地震波傳播速度的方法中，不需要特 別制造震源，而是利用礦山開采過程中巖石破壞所產(chǎn)生的微震點作為震源，并以此確定地 震波傳播速度在礦區(qū)礦山開采過程中的動態(tài)分布，不再像現(xiàn)有技術(shù)中必須停工停產(chǎn)方能進 行，大大方便了礦山作業(yè)，減少了生產(chǎn)成本，且可大大提高安全性。


圖1為本發(fā)明所述利用微震點作為震源計算礦區(qū)地震波傳播速度的方法的流程 示意圖；圖2為本發(fā)明所述利用微震點作為震源計算礦區(qū)地震波傳播速度的方法中將待 測礦區(qū)進行劃分的示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步的詳細說明，以令本領(lǐng)域技術(shù)人員參照說明書文 字能夠據(jù)以實施。如圖1所示，本發(fā)明所述的利用微震點作為震源計算礦區(qū)地震波傳播速度的方法 中，首先需要根據(jù)地震波在待測礦區(qū)內(nèi)不同地層中傳播速度的不同而將待測礦區(qū)的地層劃 分為不同的速度層，例如煤層，由于其地震波的傳播速度與周圍巖層有區(qū)別，因此應(yīng)單獨分 層。并將不同的速度層之間、頂層的速度層的上部、底層的速度層的下部均設(shè)置分隔界面。 如圖2所示，每個速度層之間由分隔界面隔開，同一分隔界面不能重疊，再將分隔界面由上 而下進行編號，例如，從1到η (η為正整數(shù))，這樣，整個礦區(qū)就由η個分隔界面及η_1個不 同速度層組成。再以待測礦區(qū)內(nèi)的某預(yù)定點為原點，在每一速度層建立三維連續(xù)速度方塊，以使 監(jiān)測區(qū)內(nèi)從任意一點到另一點的所有路徑都在其三維連續(xù)速度方塊內(nèi)。同時，給每一三維 連續(xù)速度方塊賦予一個初始值。在煤糸地層中，巖石一般為4000米/秒，煤層為2000-3000
米/秒。再將待測礦區(qū)的每一分隔界面劃分為具有三維空間的連續(xù)方格網(wǎng)；以使從該分隔界面相連的兩個速度層的任一路徑都穿過該分隔界面。再在待測礦區(qū)的不同速度層內(nèi)設(shè)置多個預(yù)定傳感器；這些預(yù)定傳感器的位置已經(jīng) 確定，并可將測量得到的信號輸出，以備后續(xù)使用。按上述要求準備妥當(dāng)后，即可執(zhí)行如下步驟，以計算礦區(qū)地震波的傳播速度。如圖 1所示，步驟包括如下步驟101，根據(jù)多個預(yù)定傳感器測得的微震點產(chǎn)生的地震波時間確定微震點的坐 標(biāo)估計值。對于某次發(fā)生的微震，可通過多個預(yù)定傳感器監(jiān)測到的地震波時間來確定微震發(fā) 生點的坐標(biāo)值，此坐標(biāo)值為估計值，即其精度不高，其主要作用在于利用此坐標(biāo)估計值為基 礎(chǔ)來確定后述的地震波可能傳播路徑。本步驟中根據(jù)多個預(yù)定傳感器測得的微震點產(chǎn)生的地震波時間確定微震點的坐 標(biāo)估計值的方法很多，例如，采用三點法，即通過三個預(yù)定傳感器的設(shè)置位置和該三個預(yù)定 傳感器測得的地震波時間，推算出微震點的坐標(biāo)估計值。

步驟102，根據(jù)微震點的坐標(biāo)估計值及所述預(yù)定傳感器所在的速度層確定該微震 點所產(chǎn)生的地震波至該預(yù)定傳感器的所有可能傳播路徑。本步驟中，需結(jié)合前述劃分的不同速度層及分隔界面、微震點的坐標(biāo)估計值、以及 某個預(yù)定傳感器的設(shè)置位置來確定微震點所產(chǎn)生的地震波到該預(yù)定傳感器的所有可能的 傳播路徑。步驟103，選取所有的可能傳播路徑中地震波傳播時間與該預(yù)定傳感器測得的地 震波時間的差值符合預(yù)定范圍的可能傳播路徑為固定傳播路徑。本步驟的目的在于從所有可能傳播路徑中選擇出符合要求的可能傳播路徑，并將 該可能傳播路徑設(shè)定為固定傳播路徑。具體而言，需根據(jù)微震點的坐標(biāo)估計值、地震波的某個可能傳播路徑、以及在該可 能傳播路徑上的三維連續(xù)速度方塊的初始值計算出地震波傳播時間。在此基礎(chǔ)上，將該計 算出的地震波傳播時間與該預(yù)定傳感器測得的地震波時間做比較，若二者差值符合預(yù)定范 圍，則該可能傳播路徑才能被設(shè)定為固定傳播路徑。進而，繼續(xù)確定其余的可能傳播路徑是否也可以被設(shè)定為固定傳播路徑。此繼續(xù) 確定其余的可能傳播路徑是否可被設(shè)定為固定傳播路徑的方式與前述的確定某個可能傳 播路徑的方式相同，也是根據(jù)微震點的坐標(biāo)估計值、地震波的其他的可能傳播路徑、以及在 該其他的可能傳播路徑上的三維連續(xù)速度方塊的初始值計算出地震波傳播時間。在此基礎(chǔ) 上，將該計算出的地震波傳播時間與該預(yù)定傳感器測得的地震波時間做比較，若二者差值 符合預(yù)定范圍，則該其余的可能傳播路徑才能被設(shè)定為固定傳播路徑。如此進行，直至所有 可能傳播路徑均被確定為固定傳播路徑。在現(xiàn)實情況中，并非根據(jù)步驟101確定的微震點坐標(biāo)估計值得到的所有可能傳播 路徑都能被設(shè)定為固定傳播路徑。當(dāng)前述計算出的地震波傳播時間與該預(yù)定傳感器測得 的地震波時間做比較的差值不符合預(yù)定范圍時，就需要重新調(diào)整微震點的坐標(biāo)估計值，即 返回執(zhí)行步驟一，重新確定微震點的坐標(biāo)估計值，并在此基礎(chǔ)上，繼續(xù)執(zhí)行步驟102、步驟 103，直至根據(jù)該重新設(shè)定的微震點的坐標(biāo)估計值確定的所有可能傳播路徑均被設(shè)定為固 定傳播路徑。
步驟104，根據(jù)上述確定的固定傳播路徑及該固定傳播路徑上的三維連續(xù)速度方 塊的初始值計算出地震波的傳播速度。本步驟中，地震波的傳播路徑已經(jīng)確定，即為固定傳播路徑，在此固定傳播路徑上 的三維連續(xù)速度方塊的初始值已知。也就是說，傳播路徑已經(jīng)確定，在該傳播路徑上的每 個組成部分內(nèi)的地震波傳播速度已知，則可確定出地震波在整個固定傳播路徑上的傳播速 度，也即礦區(qū)地震波的傳播速度。本發(fā)明所述利用微震點作為震源計算礦區(qū)地震波傳播速度的方法中，不需要特 別制造震源，而是利用礦山開采過程中巖石破壞所產(chǎn)生的微震點作為震源，并以此確定地 震波傳播速度在礦區(qū)礦山開采過程中的動態(tài)分布，不再像現(xiàn)有技術(shù)中必須停工停產(chǎn)方能進 行，不需要在生產(chǎn)井中不知復(fù)雜的勘探系統(tǒng)，大大方便了礦山作業(yè)，減少了生產(chǎn)成本，且可 大大提高安全性。本發(fā)明所述方法不僅為準確預(yù)報礦山動力災(zāi)害提供新的實時可靠指標(biāo)， 而且易于其他基于微震的預(yù)警系統(tǒng)整合。速度層及分隔界面的劃分不但簡化了計算過程，而且考慮了煤系地層的層狀明 顯、層與層之間界面顯著、層內(nèi)速度變化大的特點，使計算結(jié)果更加符合實際情況。所述確定的固定傳播路徑 則充分考慮了煤層與圍巖的變化，特別是瓦斯地層的局 部變化，從而提高了計算的可控性和準確性。本發(fā)明中所述方法提高了微震點的定位精度。微震的定位方法大都適用于各向均 值的巖層中，對于層狀明顯的地層，其先決條件不能滿足，所以定位精度一直不能滿足礦山 范圍的要求。本發(fā)明所述方法可使微震定位精度大大提高，可精確的數(shù)米的范圍。盡管本發(fā)明的實施方案已公開如上，但其并不僅僅限于說明書和實施方式中所列 運用，它完全可以被適用于各種適合本發(fā)明的領(lǐng)域，對于熟悉本領(lǐng)域的人員而言，可容易地 實現(xiàn)另外的修改，因此在不背離權(quán)利要求及等同范圍所限定的一般概念下，本發(fā)明并不限 于特定的細節(jié)和這里示出與描述的圖例。
權(quán)利要求
1.一種利用微震點作為震源計算礦區(qū)地震波傳播速度的方法，其特征在于，根據(jù)地震波在待測礦區(qū)內(nèi)不同地層中傳播速度的不同而將待測礦區(qū)的地層劃分為不 同的速度層，并將不同的速度層之間、頂層速度層的上部、以及底層速度層的下部均設(shè)置分 隔界面；以待測礦區(qū)內(nèi)預(yù)定點為原點，在每一速度層建立三維連續(xù)速度方塊，并對所述三維連 續(xù)速度方塊賦予初始值；將待測礦區(qū)的每一分隔界面劃分為具有三維空間的連續(xù)方格網(wǎng)； 在待測礦區(qū)的不同速度層內(nèi)設(shè)置多個預(yù)定傳感器； 并執(zhí)行如下步驟步驟一，根據(jù)多個預(yù)定傳感器測得的微震點產(chǎn)生的地震波時間確定微震點的坐標(biāo)估計值；步驟二，根據(jù)微震點的坐標(biāo)估計值及所述預(yù)定傳感器所在的速度層確定該微震點所產(chǎn) 生的地震波至該預(yù)定傳感器的所有可能傳播路徑；步驟三，選取所有的可能傳播路徑中地震波傳播時間與該預(yù)定傳感器測得的地震波時 間的差值符合預(yù)定范圍的可能傳播路徑為固定傳播路徑；步驟四，根據(jù)上述確定的固定傳播路徑及該固定傳播路徑上的三維連續(xù)速度方塊的初 始值計算出地震波的傳播速度。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟一中，利用三點法確定微震點的坐 標(biāo)估計值。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟三中，根據(jù)微震點的坐標(biāo)估計值、 地震波的可能傳播路徑、以及該可能傳播路徑上的三維連續(xù)速度方塊的初始值計算出地震 波傳播時間。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述步驟三進一步包括若所述差值符合預(yù)定范圍，則將該可能傳播路徑確定為固定傳播路徑，并繼續(xù)確定其 他可能傳播路徑對應(yīng)的差值，直至所有可能傳播路徑均被確定為固定傳播路徑； 若所述差值不符合預(yù)定范圍，則返回執(zhí)行步驟一重新確定微震點的坐標(biāo)估計值。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種利用微震點作為震源計算礦區(qū)地震波傳播速度的方法，包括如下步驟根據(jù)多個預(yù)定傳感器測得的微震點產(chǎn)生的地震波時間確定微震點的坐標(biāo)估計值；根據(jù)微震點的坐標(biāo)估計值及所述預(yù)定傳感器所在的速度層確定該微震點所產(chǎn)生的地震波至該預(yù)定傳感器的所有可能傳播路徑；選取所有的可能傳播路徑中地震波傳播時間與該預(yù)定傳感器測得的地震波時間的差值符合預(yù)定范圍的可能傳播路徑為固定傳播路徑；根據(jù)上述確定的固定傳播路徑及該固定傳播路徑上的三維連續(xù)速度方塊的初始值計算出地震波的傳播速度。
文檔編號G01H5/00GK102096093SQ201010563508
公開日2011年6月15日 申請日期2010年11月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月29日
發(fā)明者楊本才 申請人:楊本才