小尺度区域构造三维波速场构建及震源定位方法的研究

Accurate hypocenter location has important practical significance on rockburst monitoring and early warning, the impact of risk assessment, disaster reduction and disaster relief work. Study on the source location of domestic and foreign scholars mostly velocity model based on the assumption that, without considering the complexity of geological structure on the influence of wave propagation, resulting in unacceptable positioning error. It is of great theoretical significance to explore and establish the fine three-dimensional velocity field of the small scale regional structure for accurating hypocenter location. Therefore, the project is based on mining geological data mining with tectonic activity, high frequency tectonics activity monitor, for in situ monitoring of microseismic and artificial source signal in the 100 meter scale. To carry out research on all kinds of geological structure on seismic wave propagation characteristics of the microseismic location and tectonic micro dynamic mining, regional stress field analysis and micro structure evolution and inversion research of two-way comparison. After revealing the mine microseismic propagation under complex geological conditions, the establishment of the fine structure of the three-dimensional dynamic velocity field, the source location method with high precision under complex geological conditions, lay the theoretical foundation for prediction and prevention of rockburst in coal mine impact, for local scale to provide a reference and theoretical basis for the study of seismic activity monitoring and shallow tectonic activities.

进行震源准确定位对冲击地压的监测预警、冲击危险性评定、减灾和救灾工作具有重要的现实意义。国内外学者对震源定位的研究大多基于波速模型的假设，未考虑地质结构的复杂性对震波传播规律的影响，导致定位误差难以接受。探索和建立小尺度区域结构精细三维波速结构场对震源精确定位具有重要的理论意义。因此本项目依托已开采矿山详细地质构造资料、高频构造活动监测仪，在百米尺度范围内对微震与人工源信号进行原位监测。开展各类地质结构对震波传播特性的影响研究，矿山微震定位、构造微动态、区域应力场分析及微结构演化正反演双向对比研究。揭示矿山微震经过复杂地质条件下的传播规律，建立精细结构的三维动态波速场，提出复杂地质条件下高精度震源定位方法，为煤矿冲击地压的预测和防治奠定前期的理论基础，为中小尺度地震活动的监测和浅部构造活动的研究提供一定的借鉴和理论依据。

微震监测技术防治冲击地压、岩爆等地下工程动力灾害是目前广泛采用，并行之有效的重要手段。其中，精确定位微震源是针对性防治动力灾害和保障工程进度的关键。因此，明确微震波在复杂地质结构中的传播规律，构建工程尺度精细波速模型和建立三维震源定位方法，可以有效提高微震源定位精度。项目组通过理论分析、室内模型试验、数值试验和现场试验等方法，从以下三个方面展开研究：（1）在地质结构对振动信号影响规律方面，通过室内模型试验对微震波在复杂地质结构下的传播规律进行研究。表明岩层密度越大波速衰减越慢；穿过的结构面数量越多，微震信号传播速度衰减比例越大；能量的衰减与波速的衰减一致。断层对频率高的微震信号阻碍作用更强。微震能量随传播距离的增大呈现幂指数衰减趋势；质点输入能量与信号能量的数值大小和分布特征在频域上符合高斯函数趋势；地质结构及组合对微震波具有调频效应。（2）在复杂地质小尺度波速模型构建方面，依据岩层形态的自然划分，充分考虑了岩层形态、离层和裂隙发育等对微震波传播路径和速度的影响，分段构建采空塌陷区“三带”波速模型。基于斯奈尔定律和均匀介质假设，推导微震波传播路径和走时计算公式，定义等效波速概念。（3）在复杂地质条件下三维震源定位方法方面，明确台站数量和分布对微震源定位效果的影响，指出震源定位精度随台站数量成正比，在百米尺度时，12个台站性价比最佳，多台面的定位效果显著。提出了基于时频分析的下山比较法（TFA-DC方法）获得P波精确到时和S波峰值到时。获取了目标函数连续且极小值唯一、单轴收敛范围逐步减小、各轴收敛范围不一的规律。探索出了基于连续比较模块、变步长模块、加速模块的变步长加速搜索法。.在国内外权威刊物上发表论文12篇，被SCI收录4篇，被EI收录7篇。出版专著1部。授权国家发明专利1项，实用新型专利2项。获辽宁省科技进步二等奖1项。培养毕业硕士8名，在读博士4名，在读硕士2名。