一种微震震源自动定位及可靠性综合评价方法与流程

技术特征：

1.一种微震震源自动定位及可靠性综合评价方法，其特征在于：包括基于瞬时频率和可变分辨率的包络函数的微震波形到时自动拾取算法IFEP、基于到时差值和残差分析微震波形自动识别方法APSI、单纯形微震震源自动定位算法Simplex、微震震源定位可靠性综合评价体系SLRE四大部分；

所述IFEP能够自动拾取高精度的微震波形到时数据，为APSI和Simplex奠定基础；

所述APSI在IFEP自动拾取到时的基础上，基于到时差值分析和残差分析，结合微震传感器空间布设形态，对微震波形中的延迟波和外部异常波两类异常波形进行自动识别剔除，同时还能够确定各个传感器拾取微震波的P、S波类型，为Simplex奠定基础；

所述Simplex能够正确采用对应的P、S波到时和波速进行震源自动定位，并且能够任意选择L1范数统计准则和L2范数统计准则计算事件残差；

所述SLRE能够对微震震源定位可靠性进行有效评价；

IFEP、APSI、Simplex、SLRE四部分有序结合，互为前提和基础，环环相扣，形成一套完整的微震震源自动定位和可靠性评价方法。

2.根据权利要求1所述的一种微震震源自动定位及可靠性综合评价方法，其特征在于：所述基于瞬时频率和可变分辨率的包络函数的微震波形到时自动拾取算法IFEP，具体步骤如下：

(1)将微震波形时序信号进行小波变换，得到波形信号的时频二维联合分布，通过求解波形信号时频二维分布的边缘分布，得到波形信号频率随时间的变化关系；公式如下：

$f\left(t\right)=E(f,t)=\underset{-\mathrm{\∞}}{\overset{+\mathrm{\∞}}{\∫}}{\mathrm{fg}}_{f,t}{d}_f=\underset{-\mathrm{\∞}}{\overset{+\mathrm{\∞}}{\∫}}fG(f,t)d_f$

从而计算得到波形信号的任意时刻的瞬时频率；式中：g_f,t代表某一频率成分f在某个时刻t出现的概率；

(2)设定包络分析分辨率d；求取波形信号在分辨率d时的所有极值点，获得该分辨率下的极值点时序数据；采用三次样条插值，获得完整的包络函数序列；改变分辨率d，从而得到不同分辨率的包络函数序列，最终获得不同分辨率信号包络函数序列；

(3)将步骤(1)中得到的微震波形信号的瞬时频率和步骤(2)中得到的可变分辨率的包络函数作为时间序列输入，分别计算包络信号和瞬时频率的长短时窗比值序列R1和R2，令R＝R1×R1，将R值与设定的阈值进行比较，从而自动拾取微震波形到时，将自动拾取的微震波形到时称为观测到时，第i个传感器的观测到时记为t_i。

3.根据权利要求2所述的一种微震震源自动定位及可靠性综合评价方法，其特征在于：设任意两传感器T_i和T_j之间的欧式距离为2c_ij，根据权利要求2中所述的IFEP观测到时分别为t_i和t_j，并令t_i＜t_j；现场实测微震监测区域中P波波速为v_P，S波波速为v_S；分别计算传感器之间的观测到时差值OAD_ij和P波到时差值理论极限TLP_ij：

OAD_ij＝t_j-t_i

${\mathrm{TLP}}_{ij}=\frac{2c_{ij}}{v_p}$

设传感器T_i是P波到时，T_j是S波到时，当两传感器和震源位于同一直线上时，它们之间的观测到时差值取得极大值，且该极大值计算公式如下：

${\mathrm{DAD}}_{ij}=\frac{d_i+2c_{ij}}{v_s}-\frac{d_i}{v_p}=d_i\left(\frac{v_p-v_s}{v_p{v}_s}\right)+\frac{2c_{ij}}{v_s}$

式中：DAD_ij记为传感器T_j的延迟波到时差值理论极限，d_i为传感器T_i到测区域边缘的最大距离；

根据观测到时差值OAD_ij、P波到时差值理论极限TLP_ij、延迟波到时差值理论极限DAD_ij，建立到时差值分析表1：

表1到时差值分析表

表中：

微震传感器台站残差采用下式进行表示：

γ_i＝t_i-tt_i

式中：t_i是观测到时，tt_i是计算走时；其中t_i不受计算的影响，因此台站残差γ_i主要受计算走时tt_i的影响；建立残差分析表2：

表2残差分析表

表中：k为残差系数，且k＞0；

综合到时差值分析、残差分析和微震传感器台网布设形态对对微震波形中的延迟波和外部异常波两类异常波形进行自动识别剔除，同时还能够确定各个传感器拾取微震波的P、S波类型。

4.根据权利要求3所述的一种微震震源自动定位及可靠性综合评价方法，其特征在于：所述单纯形微震震源自动定位算法Simplex，具体步骤如下：

(1)首先将微震发震时间t₀分离出去，采用单纯形微震震源自动定位算法Simplex对震源空间坐标(x₀,y₀,z₀)进行求解，然后再计算发震时间t₀；

(2)根据权利要求2所述的IFEP微震波形到时自动拾取结果和权利要求3所述的APSI微震波形自动识别结果，剔除异常波形信号，同时采用正确的、对应的P波和S波到时和波速进行震源定位；

(3)选择采用L1范数统计准则或L2范数统计准则计算事件残差；

基于L1范数统计准则的事件残差计算公式为：

$E_{L1}=\frac{\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}|t_i-t_{ti}-t_{median}|}{n-m}$

基于L2范数统计准则的事件残差计算公式为：

$E_{L2}=\sqrt{\frac{\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{\mathrm{\γ}}_i^2}{n-m}}$

式中：t_median是所有(t_i-tt_i)的中位数；n是有效微震传感器台站的个数；m表示自由度，即未知数的个数。

5.根据权利要求4所述的一种微震震源自动定位及可靠性综合评价方法，其特征在于：所述微震震源定位可靠性综合评价体系SLRE，包含事件残差指标R、敏感度指标M和触发序列指标T，并且综合上述三种指标建立了微震震源定位可靠性综合评价指标P，能够对微震震源定位可靠性进行综合评价；具体步骤如下：

(1)利用权利要求4所述的单纯形微震震源自动定位算法Simplex得到微震震源自动定位结果后，SLRE能够自动对定位精度和稳定性进行综合评价；

(2)根据L1范数统计准则计算得到的事件残差大小，确定事件残差指标R的评价标准；微震波波速增加或降低10％后，采用Simplex进行重新定位，根据重定位结果与原来的定位结果之间的误差L的大小，确定敏感度指标M的评价标准；根据观测触发序列和计算触发序列之间的错配程度，同时结合微震有效传感器个数，确定触发序列指标T的评价标准；

(3)引入了微震震源定位综合评价指标P，并有P＝R+M+T，根据P的评分情况，SLRE将震源定位结果划分为5个等级，分别为A、B、C、D、E，实现了微震震源定位可靠性定量化评价。