一种改进的震源扫描算法微震定位.docx

一种改进的震源扫描算法微震定位张瑞红 1 , 2 ,林大超 2 ,乔兰 1( 1. 北京科技大学 ,北京 100083; 2. 华北科技学院 ,北京 065201 )摘要 : 震源定位是矿山微震安全监测技术十分重要的基础环节。基于一种新型的地震定位方法 ———震源扫描算法 ( Sou rce - Scann ing A lgo rithm , SSA ) ,对算法公式提出了改进 ,并研究了改进SSA 算法用于微震震源定位的一些基本问题。通过人工爆炸实验得到的数字地震波形资料计 算 ,进行了 2种算法的对比 ,结果表明 ,改进 SSA 法计算结果更稳定 ,计算精度更高。关键词 :震源扫描 ;改进算法 ;微震 ;震源定位 ;误差敏感性中图分类号 : TD 76文献标志码 : B文章编号 : 1003 - 496X ( 2011 ) 05 - 0048 - 04微震监测方法已经成了矿山地压安全十分重要的检测技术之一 ,微震监测的意义在于根据实时监 测事件发生的位置、分布、振幅和频度及其变化情况 反馈到的信息 ,对发现震源、实现早期预警 、及时消 除地压灾难隐患而采取措施提供信息。一种新近提出的震源扫描算法 ( Sou rce - Scan2n ing A lgo rithm , SSA ) 〔1 〕不是通过最小化各监测传感 器某一地震波波相的走时残差 (观测到时与理论计 算到时的差 ) 的方法来定位 , 而是应用各个传感器 观测到的各个地震波的最大振幅到时和相对振幅 , 通过系统有哪些信誉好的足球投注网站一定范围内的位置和时间来确定在某一时刻和某个位置是否有震源。该方法无需方程求 解 ,因而不存在解的收敛问题 ,对传感器的几何布置 要求不很严格 ,不必预先知道断层的走向和形状 ,同 时 ,该方法对波形速度模型的抗干扰能力强 ,可以建 立三维速度模型 ,三维定位程序和二维定位程序一样易于实现 ,定位计算结果比较理想。鉴于该方法 的突出优点和存在的问题 , SSA 算法公式提出了改 进 ,结合爆炸模拟震源的测试结果对微震震源定位 的应用进行了分析 ,计算结果表明 ,改进方法提高了 定位精度 。图 , 信号包含了噪声信息; ηt n是具有最大振幅的某一波相从点 η到传感器 n 的计算走时 (一般来说为 S波 ) 。如果所有最大振幅源于位置点 η时刻 τ的震 源 , 应有 b r (η,τ) = 1。同样 , 如果 br (η,τ) 很小 , 比如 0. 1, 指在点 η、时刻 τ的震源平均在每个传感器 上只产生 10 % 的最大振幅 。通过系统地对区域内所有 η,τ搜寻亮度函数的最大值 ,可有效得到震源的发生位置和发生时刻 。实际上 ,由于波速模型的复杂性和近似性 ,每个 传感器最大振幅的计算到时与观测到时存在着误 差 ,因此 ,对亮度函数的计算不仅包含计算到时对应 的振幅 , 还应包含周围点的贡献 , 于是有 SSA 算法 为br (η,τ) =ρ m = - M W m | un (τ+ ηt n + mδt) |{ }M1 ρN( 2 )MN n = 1ρ m = - M W m式中 , 2M 是以计算到时为中心的时间窗口内点数 ,δt为取样间隔 , W m 是与最大振幅波相计算到时 相关的加权系数。SSA 算法应用式 ( 2 ) 计算的亮度函数 , 是较短 时段内的振幅平均值 ,其最大值对应各波形同步最大振幅到时计算得到的震源时空定位结果 ,与某一 波相到时计算的时空定位结果存在时间的延迟 ; 同 时 ,亮度函数在窗口内经平均计算 ,最大值一般比较低 ,导致震源具体位置不易确定 ; 另外 ,加权系数取 值的合理性难于评价 。针对 SSA 算法在震源定位中出现的问题 ,对亮度函数的计算提出了改进 ,重新定义亮度函数为1 算法原理假设 1 个微震事件的地震波由 N 个传感器记录到 , 首先对每一个数字化地震波波形图进行归一 化处理 , 然后计算某特定时刻 (τ)在某点 (η) 的亮度 函数为br (η,τ) = 1 ρ | u (τ+ ηt ) |N^br ( x )N^ 1 T( 1 )∫T2〔ρ | un ( t - τn +τn ) | 〕d t2nnN n = 1N ( T2 - T1 )1n = 1式中 , un 是传感器 n 记录的归一化地震波波形( 3 )技术 ·创新( 2011 - 05)·49·^式中 ,τn 、τn 是采用较大振幅波相从传感器 n 的坐标点 ( xn , ys , zn )分别到真实震源点 ( xs , ys , zs )和空^ ^ ^间扫描点 ( xs , ys , zs ) 的计算走时 , N 为传感器个数 ,T1 、T2 代表归一化波形图 un 中包含较大振幅波相观 测到