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(jìn)行實(shí)時(shí)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(dāng)存在軸對稱時(shí)，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(gè)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(jìn)的 Geiger 法
[0008]20世紀(jì)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(xué)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(jìn)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(tái)網(wǎng)的定位計(jì)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(tái)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(jìn)行校準(zhǔn)，同時(shí)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(shí)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(jìn)行了詳細(xì)的闡述；原理是選定一震源位置較為精確的主事件，計(jì)算發(fā)生在其周圍的一群事件相對于它的位置，進(jìn)而計(jì)算這群事件的震源位置。
[0014](4)空間域內(nèi)的定位方法——臺(tái)偶時(shí)差法
[0015]上述方法均為時(shí)間域內(nèi)的定位方法，基于對到時(shí)殘羞的處理，4個(gè)震源參數(shù)彼此不完全獨(dú)立，定位結(jié)果依賴于速度結(jié)構(gòu)和臺(tái)網(wǎng)分布。為克服上述缺點(diǎn)，眾多學(xué)者同時(shí)提出了空間域內(nèi)的定位方法:用距離殘值代替到時(shí)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(tái)偶時(shí)差近震定位法，利用到時(shí)相近、位置相鄰的兩個(gè)臺(tái)站(即臺(tái)偶)的到時(shí)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(jìn)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(tái)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(tái)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(diǎn)，只要滿足條件，應(yīng)用于礦震的定位完全有可能。臺(tái)偶時(shí)差法的特點(diǎn)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(shí)際T作時(shí)，即使在水平地層情況下，地震波傳播的時(shí)距關(guān)系與假定條件相比也有較大的差異，因?yàn)榈卣鸩ㄋ俣炔粌H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(jìn)行速度分析精度變低，進(jìn)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(jìn)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(jì)算實(shí)現(xiàn)困難、精度低等問題，能準(zhǔn)確分析地震速度的各向異性，對實(shí)際礦山地震進(jìn)行快速、準(zhǔn)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(shí)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(tái)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(dòng)波的頻率、振幅特征的分析，對礦震波進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別；各監(jiān)測子臺(tái)將監(jiān)測到的礦震信號(hào)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(yuǎn)程測控及數(shù)據(jù)處理中心，遠(yuǎn)程測控及數(shù)據(jù)處理中心接收監(jiān)測子臺(tái)發(fā)送的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)并進(jìn)行二次處理和分析，精確計(jì)算礦震發(fā)生時(shí)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(shí)時(shí)播報(bào)系統(tǒng)對礦震信息進(jìn)行發(fā)布；另外，由礦震信息實(shí)時(shí)播報(bào)系統(tǒng)完成對當(dāng)日礦震的次數(shù)、能量、位置數(shù)據(jù)的自動(dòng)統(tǒng)計(jì)歸檔工作，通過對階段性礦震統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的分析，以對未來礦震發(fā)生趨勢和位置進(jìn)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(fù)責(zé)對震動(dòng)信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，利用震相識(shí)別技術(shù)對礦震信號(hào)進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別；對已完成預(yù)識(shí)別的礦震信號(hào)利用單點(diǎn)定位算法、震級估算算法以及P波精確到時(shí)估算算法計(jì)算其震源位置、震級、礦震發(fā)生時(shí)刻關(guān)鍵數(shù)據(jù)；并將礦震波形數(shù)據(jù)及初次計(jì)算的關(guān)鍵數(shù)據(jù)發(fā)送到遠(yuǎn)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(jìn)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(jī)、GPS授時(shí)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(hào)進(jìn)行放大，濾波，采樣、量化、編碼成數(shù)字信號(hào)，以便于進(jìn)行數(shù)字傳輸和計(jì)算機(jī)處理；所述嵌入式工控機(jī)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(shí)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(jī)由中央處理器、顯示模塊、系統(tǒng)存儲(chǔ)模塊、固態(tài)存儲(chǔ)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(jī)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(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的高速讀??；所述嵌入式工控機(jī)通過所述RS232接口與所述GPS授時(shí)模塊相連；所述嵌入式工控機(jī)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(hào)就地轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，迭加時(shí)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(shí)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(tái)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(shí)參數(shù)的設(shè)置；所述臺(tái)站參數(shù)設(shè)置模塊用于完成終端設(shè)備安置坐標(biāo)和設(shè)備標(biāo)識(shí)號(hào)的設(shè)置；所述數(shù)據(jù)采集單元用于負(fù)責(zé)震動(dòng)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(dòng)數(shù)據(jù)的采集工作，并根據(jù)設(shè)計(jì)好的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)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(fù)責(zé)礦震信號(hào)識(shí)別、初次震情信息的計(jì)算任務(wù)，其包括震相識(shí)別模塊、單點(diǎn)定位模塊和震時(shí)估算模塊；所述數(shù)據(jù)處理單元利用所述震相識(shí)別模塊進(jìn)行P波的震相識(shí)別，并對識(shí)別后的礦震波形數(shù)據(jù)利用