本發(fā)明屬于微震監(jiān)測預(yù)警
技術(shù)領(lǐng)域：
，涉及一種微震大震級事件的多參量預(yù)警方法。
背景技術(shù)：
：近年來，隨著我國礦山開采深度的逐年增加，礦區(qū)巖爆、礦震、垮塌等巖體災(zāi)害越來越嚴重，但是對其進行預(yù)警一直是一個世界性難題，許多礦山都引入了微震監(jiān)測系統(tǒng)，其效果也差強人意。據(jù)統(tǒng)計，絕大多數(shù)巖體災(zāi)害事故都伴隨著微震大震級事件，因此，可以通過預(yù)警微震大震級事件來對礦山巖體災(zāi)害進行預(yù)警，但是目前尚無對微震大震級事件進行預(yù)警的方法。因此，有必要設(shè)計一種微震大震級事件預(yù)警方法。技術(shù)實現(xiàn)要素：本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種微震大震級事件的三指標聯(lián)合預(yù)警方法，計算簡便、適用性強、準確性高。本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下：一種微震大震級事件的三指標聯(lián)合預(yù)警方法，包括如下步驟：步驟一：在目標區(qū)域安裝微震監(jiān)測系統(tǒng)；利用微震監(jiān)測系統(tǒng)采集微震時間、振幅和頻率并自動計算目標區(qū)域震源微震活動的時間、頻次、能量和矩震級；步驟二：每隔一段時間，統(tǒng)計設(shè)定時間窗口內(nèi)目標區(qū)域震源微震活動的CBS值、b值和H指數(shù)(Hurst指數(shù))；其中，CBS值表示目標區(qū)域震源微震活動的累積貝尼奧夫應(yīng)變，等于一個時間窗口內(nèi)貝尼奧夫應(yīng)變值的和；大部分地震前，累積貝尼奧夫應(yīng)變釋放速率增加(即CBS值增大)，因此可以將累積貝尼奧夫應(yīng)變作為微震大震級事件預(yù)警指標；微震活動的b值為表征地震事件相對矩震級分布的常數(shù)；當b值先增后減時，表示可能會有微震大震級事件發(fā)生；微震活動的H指數(shù)通過對設(shè)定時間窗口內(nèi)目標區(qū)域震源微震活動時間序列T(t)進行R/S分析獲得；H指數(shù)是由Hurst首先提出的一種時間序列分析方法，被廣泛用于分形研究，由于微震活動在許多方面表現(xiàn)出自相似的分形特性，大量微震事件數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)大震級事件前H指數(shù)大于0.5，故將H指數(shù)應(yīng)用于微震大震級事件預(yù)警；步驟三：分析目標區(qū)域震源微震活動的CBS值、b值和H指數(shù)的變化趨勢；然后將微震活動的CBS值、b值、H指數(shù)的變化趨勢按以下邏輯取值：CBS值增加記為1，其它情況記為0；b值先增后減記為1，其它情況記為0；H值大于0.5記為1，其它情況記為0，如表1所示；表1微震大震級事件預(yù)警邏輯表最后，將CBS值、b值、H指數(shù)的變化趨勢取值記為一個三位數(shù)，并根據(jù)得到的三位數(shù)進行判斷，當且僅當此三位數(shù)為111時預(yù)警微震大震級事件。所述步驟二中，貝尼奧夫應(yīng)變值BS由以下矩震級M的經(jīng)驗公式計算得到：累積貝尼奧夫應(yīng)變(CBS值)等于一個時間窗口內(nèi)貝尼奧夫應(yīng)變值的和，CBS＝∑BS。所述步驟二中，微震活動的b值通過以下B.Gutenberg與C.F.Richter的統(tǒng)計關(guān)系式和最小二乘法計算：lgn(M)＝a-bM其中，M為地震矩震級；n(M)為目標區(qū)域在設(shè)定時間窗口內(nèi)發(fā)生的矩震級在區(qū)間(M±ΔM)內(nèi)的地震的次數(shù)；a為常數(shù)，用于表征設(shè)定時間窗口內(nèi)目標區(qū)域地震活動水平；改變地震矩震級M的值，在平面直角坐標系中獲得點(M,lgn(M))，再利用最小二乘法計算得到b值。所述步驟二中，微震活動的H指數(shù)的計算過程如下：記錄一組設(shè)定時間窗口內(nèi)目標區(qū)域震源微震活動時間序列T(t)，計算相鄰的兩個震源微震活動時間間隔，得到新的時間序列ξ(t)：ξ(t)＝T(t+1)-T(t)t＝1,2,3,…,n將序列ξ(t)按照劃分為標度長度為X的個子序列；對于第m個子序列，記ξ(t,m)(t＝1,2,3,…,X；m＝1,2,3,…,Y)為其第t個樣本元素，記為其均值，記Rm為其極差，記Sm為其標準差；記標度長度為X的重標極差為(R/S)X；按以下公式依次計算Rm、Sm和(R/S)X：Hurst在分析極差與標準差之比(R/S)N與標度尺度N的統(tǒng)計規(guī)律時發(fā)現(xiàn)有如下關(guān)系式：(R/S)X＝(αX)H其中，α為統(tǒng)計常數(shù)，H為Hurst指數(shù)。上式取對數(shù)得到標度長度為X時的H指數(shù)：lg(R/S)X＝HlgX+Hlgα；改變標度尺度X的值，在平面直角坐標系中獲得點(lgX,lg(R/S)X)，使用最小二乘法計算得到最終的H指數(shù)。所述步驟三中，首先根據(jù)不同時間，統(tǒng)計得到的目標區(qū)域震源微震活動的CBS值、b值和H指數(shù)；繪制CBS值、b值、H指數(shù)三個指標的時間序列圖；然后根據(jù)時間序列圖得到CBS值、b值、H指數(shù)三項指標的變化趨勢。當存在歷史訓(xùn)練樣本數(shù)據(jù)時，根據(jù)不同間隔時間與設(shè)定時間窗口長度下的預(yù)警效率，采用預(yù)警效率最高的原則來確定步驟二中的間隔時間與設(shè)定時間窗口長度。當沒有歷史訓(xùn)練樣本數(shù)據(jù)時，默認間隔時間為7天，設(shè)定時間窗口長度為1個月。有益效果：在目標區(qū)域安裝微震監(jiān)測系統(tǒng)，采集微震時間、振幅和頻率，并自動計算目標區(qū)域震源微震活動的時間、頻次、能量和矩震級，統(tǒng)計得到目標區(qū)域震源微震活動的累積貝尼奧夫(Beniof)應(yīng)變、b值和H指數(shù)；繪制出累積貝尼奧夫應(yīng)變、b值、H指數(shù)三個指標的時間序列圖，分析累積貝尼奧夫應(yīng)變、b值、H指數(shù)三項指標的變化趨勢，根據(jù)三項指標的變化趨勢，預(yù)測是否會出現(xiàn)微震大震級事件，通過對微震大震級事件進行預(yù)警來預(yù)測礦山巖體災(zāi)害事故。本發(fā)明計算簡便、適用性強、準確性高。附圖說明圖1為CBS值時間序列圖；圖2為b值時間序列圖；圖3為H指數(shù)時間序列圖；圖4為3指標聯(lián)合分析預(yù)警圖。具體實施方式下面結(jié)合某礦的歷史監(jiān)測數(shù)據(jù)進行說明。步驟一：從礦山安裝的微震監(jiān)測系統(tǒng)取得的部分震源微震活動的時間、震級、頻次表。步驟二：默認取設(shè)定時間窗口為1個月，滑移步長為7天，計算微震活動的貝尼奧夫應(yīng)變，統(tǒng)計微震活動的累積貝尼奧夫應(yīng)變是將其1個月(4個星期)內(nèi)的貝尼奧夫應(yīng)變相加；使用最小二乘法計算b值、H指數(shù)(表中H指數(shù)都大于0.5)，統(tǒng)計得到7月13日-10月11日的3指標時間序列如下表，其中在8月20日和10月8日發(fā)生大震級事件。時間b值H指數(shù)BS值CBS值7月13日1.121.1133/7月19日0.900.84105/7月26日0.600.91204/8月3日0.720.764517938月9日0.720.7334911108月16日0.680.7250915138月23日0.890.7853218428月30日0.830.9414615379月6日1.000.872612139月13日0.911.01117159月20日1.060.65166818519月27日0.960.801170287510月4日0.920.84118296710月11日0.810.7521455101步驟三：分析微震活動的累積貝尼奧夫應(yīng)變CBS值、b值、H指數(shù)三項指標的變化趨勢；首先根據(jù)不同時間，統(tǒng)計得到的目標區(qū)域震源微震活動的CBS值、b值和H指數(shù)；繪制微震活動的累積貝尼奧夫應(yīng)變CBS值、b值、H指數(shù)三個指標的時間序列圖，如圖1～3所示；然后根據(jù)時間序列圖得到微震活動的累積貝尼奧夫應(yīng)變CBS值、b值、H指數(shù)三項指標的變化趨勢。如圖所示，在7月26日至8月16日、9月13日至10月11日，都出現(xiàn)CBS值上升、b值先升后降、H指數(shù)大于0.5，滿足預(yù)警111的模式，開啟對大震級事件的預(yù)警；實際上在8月20日和10月8日(如圖4箭頭所示的時間點)發(fā)生大震級事件，說明本發(fā)明較好地進行了微震大震級事件預(yù)警。當前第1頁1 2 3