从检波器角度改进微地震监测实时定位精度的方法研究

After decades of development, it's difficult to improve the locating accuracy of seismic events further more in localization algorithm, but the appearance of active source micro-seismic monitoring provide a new solution for improve the locate accuracy of seismic events further more. The project intends to base on the technology of active source micro-seismic, design a seismometer with active source, improve the locating accuracy of micro-seismic, in this design, we intends to use the new generation technology of seismometer, MEMS (Micro-Electro-Mechanical System) accelerometer is using to sense micro-seismic events, and △-∑ Modulator to digitizing the analog signal form MEMS accelerometer, meanwhile, we use inertial sensor to capture orientation of the 3C-seismometer; the part of active source is designed with DDS(Direct Digital Synthesizer) and MCU(Micro Control Unit), DDS generate the signal which is set by MCU to control the vibration body to vibrate, and the accelerometer on the vibration body feedback the acceleration to MCU, formed a closed loop control. The project intends to research on the seismometer with active source, accomplish the study of improving locating accuracy of micro-seismic in seismometer level.

微震监测技术震源定位算法经过几十年的发展，已很难进一步提高对微震事件的定位精度，主动震源微地震监测技术的出现为微震事件定位精度的进一步提高提供了新的解决方案。本项目拟以主动震源微地震监测技术为基础，设计主动震源型微震检波器，从检波器层面提高微地震监测技术的震源定位精度，设计中采用新一代地震检波器技术，利用MEMS加速度传感器感知微震事件，通过△-∑模拟数字转换器将微震数据数字化，同时采用惯性传感器组获取三分量微震检波器的方位信息；主动震源部分采用DDS技术和单片机来设计，单片机控制DDS芯片产生需要信号，通过驱动电路驱动激振体震动，另外利用安装在激振体上的加速度传感器获取激振体的震动情况，反馈给单片机，形成闭环控制控制回路。本项目拟通过对主动震源型检波器的研究，完成从检波器层面提高微震监测技术定位精度的方法研究。

对微地震事件的准确定位是微地震技术应用的基础，也是目前微地震监测技术研究的重点和难点。项目针对目前从微地震定位技术在算法层面已遭遇瓶颈的问题，在前人的研究为基础上，借鉴主动震源技术的思想，重点针对到时、定位算法和速度模型三个影响微地震事件定位精度主要因素从算法和硬件上进行了优化。主要完成以下工作：.（1）在硬件开发上，1）设计并完成了小型主动震源的开发及调试；2）根据微地震数据的特点，及目前到时拾取方法的原理，对数据采集电路进行了优化，通过在硬件电路增加事件滤波的方法缩减数据容量，降低空间占用与数传压力。共计完成了9只检波器，1只小型震源。.（2）在方法研究上，1）利用偏振分析法约束AIC算法，提出了一种与时窗长度无关的单时窗到时拾取算法，克服了数据信噪比和数据拖尾对AIC算法的影响；2）结合主动震源技术，设计了相关的定位方法和最优震源选取算法。同时，通过数值模拟试验和实验室试验对方法进行了测试与验证，同时与目前常用方法进行了对比。.（3）学术成果方面，申报发明专利2项，其中1项发明专利已授权，1项发明专利实审；项目组共发表学术论文11篇，其中SCI收录2篇，ISTP收录1篇，中文核心收录5篇，国内会议论文收录3篇。.研究中的主要创新点可归纳如下：.（1）将主动震源技术引入到微地震事件的定位中，从算法和硬件层面对微地震定位精度进行了综合优化。.（2）提出了一种与时窗长度无关的单时窗微地震数据到时拾取算法，在保证拾取精度的同时保证了计算效率。.（3）优化了高速微地震数据采集硬件，在提高采样率的同时，降低数据存储空间的占用。.（4）提出了一种“震源-台站”速度模型和双差单震源定位算法，以及多主动震源下速度模型和最佳震源的选择方案，通过对速度模型以及定位算法的优化，降低微地震事件的定位误差。.（5）设计了震源信息记录仪和一种基于压电陶瓷的小型主动震源，从硬件层面为算法的优化提供支撑。