第6期 王进强等：微地震震源地震波能量的计算方法 707· (1)震源定位精度.由(11)可得震源能量计算 震源能量计算及优化的总流程如图5所示. 公式， 3/a 进行标定炮试验 (12) 由式(12)可知，震源能量与震源距的3次方成 回归计算 场地系数K、接减系数a 正比，震源距是震源能量的敏感因素.因而，定位精 度是决定震源能量计算精度的关键因素 炸药爆热Q, 能量特征系数K, (2)相关参数的计算与选取.参数包括校验炮 爆破地震波能量转换系数) 场地系数K、能量衰减系数α、炸药爆热Q,、爆破 微震事件能量回归计算 地震波能量转换系数、能量特征系数K1等，尤 其能量衰减系数，不同震源、不同传播介质条件下 其衰减系数可能有较大区别，对震源能量计算精度 所有测点有效？ 剔除异常测点 的影响也较大 分析梧桐庄煤矿微震事件能量衰减系数，发现 是 底板微震事件的能量衰减系数要大于顶板微震事件 计算能级、度级M 的能量衰减系数，有的高达2.5，可能与底板岩层的 含水特性有关 图5震源能量计算及优化流程 由于能量衰减系数是由监测数据直接回归得 Fig.5 Calculation and optimization flow chart of seismic 出的，所以关键参数只剩能量特征系数K1:而能 source energy 量特征系数又决定于震源及传播介质特性，所以在 可能的情况下多做测试，明确震源介质特性与K1 4结论 值对应关系 (1)在地震波质点峰值振动速度衰减规律经验 (3)回归计算初值.由于震源能量的数值范围跨 公式基础上，提出了用于反演微地震震源能量的公 度巨大，不合适的回归计算初值可能导致错误的结 式，给出了震源能量计算及优化过程，并通过实例 果，在初步计算的基础上赋初值是十分必要的.建 验证了方法的有效性 议震源能量的回归初值为 (2)提出了震源能量特征系数的概念.该系数 反映了特定震源及传播介质条件下，震源弹性波能 Eo 13) 量与震源峰值振动速度之间的比例关系，具有一定 的通用性，可推广应用到其他领域. 式中，E为震源能量的回归初值，V为任一测点的 峰值速度，T:为与速度值对应的震源距 (3)提高震源定位精度、异常测点的识别与剔 (4)参与计算测点的优化.对回归结果进行残 除是提高震源能量计算精度的关键.通过有效测点 差校验，剔除异常点后重新回归计算，对提高震源 的回归计算及恰当回归初值的设置是提高计算精度 能量计算精度十分重要. 的有效方法 由于微震震源机制、地震波传播介质及测点信 号拾取的复杂性，如介质的各向异性、节理裂隙、 参考文献 水、井巷工程等的影响，震源本身不同的位错方式 (垂直错动、走向滑动和倾向滑动)使地震波能量和 [1]Ge M.Comparison of least squares and absolute value 能谱辐射具有一定的方向性2，所以测点峰值速度 methods in Ae/MS source location:a case study.Int J Rock Mech Min Sci.1997.34(3/4):91 偏离正常范围的情况经常发生.这些异常值参与回 归计算会影响最终结果的准确性，尤其当有效测点 [2]Jiang F X,Xun L,Yang S H.Study on microseismic mon- itoring for spatial structure of overlying strata and mining 较少时这种影响更大，即使定位精度很高，测点峰 pressure field in longwall face.Chin J Geotech Eng,2003. 值速度的离散性也会使最终的能量计算产生很大的 25(1):23 偏差.由于微震监测的有效检波器数量通常较少， (姜福兴，XmL,杨淑华.采场覆岩空间破裂与采动应力 应采用适于小样本的异常值判别准则，本文采用T 场的微震探测研究.岩土工程学报，2003,25(1)上：23) 检验准则（罗曼诺夫斯基准则）进行异常值识别. [3]Wang J Q,Jiang F X,Lti W S,et al.Microseismic wave第 6 期 王进强等：微地震震源地震波能量的计算方法 707 ·· (1) 震源定位精度. 由 (11) 可得震源能量计算 公式， E = µ V K1 ¶3/α · r 3 . (12) 由式 (12) 可知，震源能量与震源距的 3 次方成 正比，震源距是震源能量的敏感因素. 因而，定位精 度是决定震源能量计算精度的关键因素. (2) 相关参数的计算与选取. 参数包括校验炮 场地系数 K、能量衰减系数 α、炸药爆热 Qv、爆破 地震波能量转换系数 η、能量特征系数 K1 等，尤 其能量衰减系数，不同震源、不同传播介质条件下 其衰减系数可能有较大区别，对震源能量计算精度 的影响也较大. 分析梧桐庄煤矿微震事件能量衰减系数，发现 底板微震事件的能量衰减系数要大于顶板微震事件 的能量衰减系数，有的高达 2.5，可能与底板岩层的 含水特性有关. 由于能量衰减系数是由监测数据直接回归得 出的，所以关键参数只剩能量特征系数 K1；而能 量特征系数又决定于震源及传播介质特性，所以在 可能的情况下多做测试，明确震源介质特性与 K1 值对应关系. (3) 回归计算初值. 由于震源能量的数值范围跨 度巨大，不合适的回归计算初值可能导致错误的结 果，在初步计算的基础上赋初值是十分必要的. 建 议震源能量的回归初值为 E0 = µ Vi · ri K1 ¶3 . (13) 式中，E0 为震源能量的回归初值，Vi 为任一测点的 峰值速度，ri 为与速度值对应的震源距. (4) 参与计算测点的优化. 对回归结果进行残 差校验，剔除异常点后重新回归计算，对提高震源 能量计算精度十分重要. 由于微震震源机制、地震波传播介质及测点信 号拾取的复杂性，如介质的各向异性、节理裂隙、 水、井巷工程等的影响，震源本身不同的位错方式 (垂直错动、走向滑动和倾向滑动) 使地震波能量和 能谱辐射具有一定的方向性 [12]，所以测点峰值速度 偏离正常范围的情况经常发生. 这些异常值参与回 归计算会影响最终结果的准确性，尤其当有效测点 较少时这种影响更大，即使定位精度很高，测点峰 值速度的离散性也会使最终的能量计算产生很大的 偏差. 由于微震监测的有效检波器数量通常较少， 应采用适于小样本的异常值判别准则，本文采用 T 检验准则 (罗曼诺夫斯基准则) 进行异常值识别. 震源能量计算及优化的总流程如图 5 所示. 图 5 震源能量计算及优化流程 Fig.5 Calculation and optimization flow chart of seismic source energy 4 结论 (1) 在地震波质点峰值振动速度衰减规律经验 公式基础上，提出了用于反演微地震震源能量的公 式，给出了震源能量计算及优化过程，并通过实例 验证了方法的有效性. (2) 提出了震源能量特征系数的概念. 该系数 反映了特定震源及传播介质条件下，震源弹性波能 量与震源峰值振动速度之间的比例关系，具有一定 的通用性，可推广应用到其他领域. (3) 提高震源定位精度、异常测点的识别与剔 除是提高震源能量计算精度的关键. 通过有效测点 的回归计算及恰当回归初值的设置是提高计算精度 的有效方法. 参 考 文 献 [1] Ge M. Comparison of least squares and absolute value methods in Ae/MS source location: a case study. Int J Rock Mech Min Sci, 1997, 34(3/4): 91 [2] Jiang F X, Xun L, Yang S H. Study on microseismic mon￾itoring for spatial structure of overlying strata and mining pressure field in longwall face. Chin J Geotech Eng, 2003, 25(1): 23 (姜福兴, Xun L, 杨淑华. 采场覆岩空间破裂与采动应力 场的微震探测研究. 岩土工程学报, 2003, 25(1): 23) [3] Wang J Q, Jiang F X, L¨u W S, et al. Microseismic wave