基于微震监测的隐伏断层破裂主方向确定方法及系统与流程

1.本发明涉及岩土力学技术领域，尤其涉及一种基于微震监测的隐伏断层破裂主方向确定方法及系统。


背景技术：

2.岩体，是在一定工程范围内，由包含软弱结构面的各类岩石所组成的具有不连续性、非均质性和各向异性的地质体。其在漫长的地质演化过程中，赋存了大量的隐伏结构面和隐伏断层，因而不仅会形成地下水的涌入路径，还有可能发生活化，这无疑会给岩体工程建设带来极大的安全隐患。
3.当下，对于隐伏断层破裂主方向的探明方式多为工程地质调查，然而，隐伏断层往往深埋于岩体中，不易发现，因而，采用工程地质的方法需要耗费大量的资金，并且，在部分条件下，施工极为困难。因此，如何快速便捷的探明岩体中隐伏断层的破裂主方向，从而保证岩体工程建设的安全成为了当前亟待解决的问题。


技术实现要素：

4.本发明提供一种基于微震监测的隐伏断层破裂主方向确定方法及系统，用以克服现有技术中隐伏断层破裂主方向的确定十分不便，需耗费大量资金且施工极为困难的缺陷，实现了快速准确的隐伏断层破裂主方向的探明，通过无损监测手段避免了施工难和耗资大的问题。
5.本发明提供一种基于微震监测的隐伏断层破裂主方向确定方法，其特征在于，包括：
6.获取微震信号，所述微震信号由微震监测设备对隐伏断层活化诱发的微震活动进行监测得到；
7.基于所述微震信号，确定所述微震活动对应的各微震点的三维位置，并基于所述各微震点的三维位置，以及所述微震信号，进行微震矩张量反演，得到所述各微震点的震源机制；
8.基于所述各微震点的震源机制，确定所述各微震点对应的破裂面的方向向量，并基于所述各微震点对应的破裂面的方向向量，确定所述隐伏断层的破裂主方向。
9.根据本发明提供的基于微震监测的隐伏断层破裂主方向确定方法，所述基于所述各微震点对应的破裂面的方向向量，确定所述隐伏断层的破裂主方向，包括：
10.基于蜂窝状球体，构建三维玫瑰图；
11.将所述三维玫瑰图的球核划分为多个面片，并将所述各微震点对应的破裂面的方向向量置于所述三维玫瑰图的球核的球心；
12.统计所述球核上各个面片上的方向向量的数目，并基于所述各个面片上的方向向量的数目，确定所述隐伏断层的破裂主方向。
13.根据本发明提供的基于微震监测的隐伏断层破裂主方向确定方法，所述球核上各
个面片基于对应面片上的方向向量的数目，沿球心向外方向进行对外挤出；
14.所述基于所述各个面片上的方向向量的数目，确定所述隐伏断层的破裂主方向，包括：
15.基于所述各个面片上的方向向量的数目，从所述各个面片中确定最大挤出面片；
16.基于所述最大挤出面片对应的挤出方向，确定所述隐伏断层的破裂主方向。
17.根据本发明提供的基于微震监测的隐伏断层破裂主方向确定方法，所述基于所述各微震点的震源机制，确定所述各微震点对应的破裂面的方向向量，包括：
18.基于所述各微震点的震源机制，确定所述各微震点的震源矩张量；
19.对各震源矩张量进行分解，并基于分解所得的各震源矩张量的各成分，确定各震源矩张量的特征值，以及所述特征值对应的特征方向；
20.基于所述各震源矩张量的特征值，以及所述特征值对应的特征方向，确定所述各微震点对应的破裂面的方向向量。
21.根据本发明提供的基于微震监测的隐伏断层破裂主方向确定方法，微震点的三维位置是以通过最小二乘法求解的三维位置为初始位置，通过下式进行迭代得到：
22.aδθ＝b
[0023][0024]
其中，x、y和z表示微震点的三维位置，t表示微震活动发生的时刻，δx、δy、δz和δt分别表示x、y、z和t对应的增量，n表示所述微震信号触发的微震监测设备的数目，tn表示第n个微震监测设备上的p波到时，t
on
和t
cn
分别表示p波从微震点处传播到第n个微震监测设备的观测到时和理论到时，δθ表示通过最小二乘法求解的三维位置θ的修正矢量，δθ＝(a
t
a)-1at
b，其中，t表示矩阵转置，-1表示矩阵求逆。
[0025]
根据本发明提供的基于微震监测的隐伏断层破裂主方向确定方法，通过微震矩张量反演得到微震点的震源机制的过程，可以通过如下公式表示：
[0026][0027]
其中，n表示所述微震信号触发的微震监测设备的数目，表示微震点处沿k方向的单位力作用下第n个微震监测设备处产生的沿m方向的位移，m表示微震点的震源矩张量，m
ij
为m的分量，un表示第n个微震监测设备处的p波远场位移。
[0028]
根据本发明提供的基于微震监测的隐伏断层破裂主方向确定方法，微震点对应的
破裂面的方向向量基于如下公式确定：
[0029][0030]
其中，l和n表示微震点对应的破裂面的两种方向向量，m1、m2和m3分别为微震点的震源矩张量的三个特征值，且m1＞m2＞m3，e1和e3分别为m1和m3对应的三个特征向量，且e1和e3分别表示m1和m3对应的特征方向。
[0031]
本发明还提供一种基于微震监测的隐伏断层破裂主方向确定系统，包括：
[0032]
信号获取单元，用于获取微震信号，所述微震信号由微震监测设备对隐伏断层活化诱发的微震活动进行监测得到；
[0033]
矩张量反演单元，用于基于所述微震信号，确定所述微震活动对应的各微震点的三维位置，并基于所述各微震点的三维位置，以及所述微震信号，进行微震矩张量反演，得到所述各微震点的震源机制；
[0034]
方向确定单元，用于基于所述各微震点的震源机制，确定所述各微震点对应的破裂面的方向向量，并基于所述各微震点对应的破裂面的方向向量，确定所述隐伏断层的破裂主方向。
[0035]
本发明还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述任一种所述的基于微震监测的隐伏断层破裂主方向确定方法。
[0036]
本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述的基于微震监测的隐伏断层破裂主方向确定方法。
[0037]
本发明提供的基于微震监测的隐伏断层破裂主方向确定方法及系统，通过微震信号，确定微震活动对应的各微震点的三维位置，微震信号由微震监测设备对隐伏断层活化诱发的微震活动进行监测得到；基于各微震点的三维位置和微震信号，进行微震矩张量反演，得到各微震点的震源机制；基于各微震点的震源机制，确定各微震点对应的破裂面的方向向量，并基于各微震点对应的破裂面的方向向量，确定隐伏断层的破裂主方向，克服了传统方案中隐伏断层破裂主方向的确定困难且不便的缺陷，实现了快速便捷的隐伏断层破裂主方向的探明，为岩体工程的安全建设提供了数据支撑；此外，利用无损监测手段对岩体内部的隐伏断层活动进行实时监测，避免了施工难和耗资大的问题。
附图说明
[0038]
为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0039]
图1是本发明提供的基于微震监测的隐伏断层破裂主方向确定方法的流程示意图；
[0040]
图2是本发明提供的三维玫瑰图中微震点对应的破裂面的方向向量的统计分析图；
[0041]
图3是本发明提供的基于微震监测的隐伏断层破裂主方向确定系统的结构示意图；
[0042]
图4是本发明提供的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
[0043]
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0044]
由于岩体中赋存的隐伏结构面和隐伏断层，不仅会形成地下水的涌入路径，还有可能发生活化，从而给岩体工程建设的安全带来威胁。因而，需对岩体内部的断层活动进行实时监测，从而快速确定岩体中隐伏断层的破裂主方向，进而保证岩体工程建设的安全性。
[0045]
然而，目前探明隐伏断层破裂主方向的方法主要为工程地质调查。但是，隐伏断层往往深埋于岩体中，不易发现，通过工程地质调查的方法需要投入大量资金，并且在某些条件下，施工极为困难；简而言之，当下对于隐伏断层破裂主方向的确定困难，过程不便。
[0046]
进一步地，由于双耦合机制的弹性波辐射的对称性，往往难以从震源机制解的两个断面中确定真实的断层面。因此，本发明提供一种基于微震监测的隐伏断层破裂主方向确定方法，旨在利用无损监测手段对岩体内部的隐伏断层活动进行实时监测，避免了施工困难和耗资巨大的问题，可以快速准确的确定隐伏断层的破裂主方向，从而保证岩体工程建设的安全性。图1是本发明提供的基于微震监测的隐伏断层破裂主方向确定方法的流程示意图，如图1所示，该方法包括：
[0047]
步骤110，获取微震信号，微震信号由微震监测设备对隐伏断层活化诱发的微震活动进行监测得到；
[0048]
步骤120，基于微震信号，确定微震活动对应的各微震点的三维位置，并基于各微震点的三维位置，以及微震信号，进行微震矩张量反演，得到各微震点的震源机制；
[0049]
步骤130，基于各微震点的震源机制，确定各微震点对应的破裂面的方向向量，并基于各微震点对应的破裂面的方向向量，确定隐伏断层的破裂主方向。
[0050]
具体地，在确定隐伏断层破裂主方向之前，首先需要获取微震信号，即获取岩体内部的隐伏断层活动释放的微震信号，该微震信号可以基于微震监测设备监测得到；具体而言，可以在隐伏断层附近安装微震监测设备，以通过微震监测设备对隐伏断层活化诱发的微震活动进行实时监测，从而得到微震信号。此处的微震监测设备可以是微震监测仪、微震监测系统、微震传感器等。
[0051]
此处，借助微震监测设备可以实现对岩体内部的隐伏断层活动的无损监测，很好的规避了传统方案中因受隐伏断层的地理位置，以及所处环境条件的限制，导致资金需求量巨大，施工困难不便的问题，实现了便捷、实时和无损的微震活动监测。
[0052]
然后，可以利用此微震信号确定微震活动对应的震源位置，可以理解的是，此处的震源位置即微震点的三维位置，即可以依据此微震信号，定位微震活动对应的各微震点的三维位置，具体而言，可以以微震监测设备监测得到的微震活动为基准，对微震活动对应的各微震点进行定位，从而得到各微震点的三维位置。
[0053]
此处，针对微震活动对应的各微震点的定位，可以通过相关定位算法实现，例如，盖格算法、最小二乘法、p波到时算法等。而作为优选，为更精准定位各微震点，得到高精度的三维位置，本发明实施例中，可在微震信号的基础上，利用盖格算法定位微震活动对应的各微震点的三维位置。
[0054]
之后，即可依据各微震点的三维位置，以及微震信号，通过矩张量反演方法得到各微震点的震源机制，即可以在各微震点的三维位置，以及微震信号的基础上，利用矩张量反演技术，反演各微震点的震源机制，具体而言，可以以各微震点的三维位置和微震信号为基准，进行微震矩张量反演，通过微震矩张量反演的标准形式求得各微震点的震源机制。
[0055]
而后，可以根据各微震点的震源机制，确定各微震点对应的破裂面的方向向量，即可以通过各微震点的震源机制反演次生破裂面产状，具体可以是，利用各微震点的震源机制反映的特征值和特征方向，确定各微震点的破裂方向，即各微震点对应的破裂面的方向向量。
[0056]
又由于隐伏断层附近各微震点的破裂机制均受隐伏断层活动的影响，因而，各微震点的破裂方向应与隐伏断层的破裂主方向相近。因此，在确定各微震点对应的破裂面的方向向量之后，即可据此破裂面的方向向量，确定隐伏断层的破裂主方向，具体可以是，对各微震点的破裂方向进行统计分析，通过分析各方向上的方向向量，从而得到岩体破裂的优势方向，即隐伏断层的破裂主方向。
[0057]
本发明提供的基于微震监测的隐伏断层破裂主方向确定方法，通过微震信号，确定微震活动对应的各微震点的三维位置，微震信号由微震监测设备对隐伏断层活化诱发的微震活动进行监测得到；基于各微震点的三维位置和微震信号，进行微震矩张量反演，得到各微震点的震源机制；基于各微震点的震源机制，确定各微震点对应的破裂面的方向向量，并基于各微震点对应的破裂面的方向向量，确定隐伏断层的破裂主方向，克服了传统方案中隐伏断层破裂主方向的确定困难且不便的缺陷，实现了快速便捷的隐伏断层破裂主方向的探明，为岩体工程的安全建设提供了数据支撑；此外，利用无损监测手段对岩体内部的隐伏断层活动进行实时监测，避免了施工难和耗资大的问题。
[0058]
基于上述实施例，基于各微震点对应的破裂面的方向向量，确定隐伏断层的破裂主方向，包括：
[0059]
基于蜂窝状球体，构建三维玫瑰图；
[0060]
将三维玫瑰图的球核划分为多个面片，并将各微震点对应的破裂面的方向向量置于三维玫瑰图的球核的球心；
[0061]
统计球核上各个面片上的方向向量的数目，并基于各个面片上的方向向量的数目，确定隐伏断层的破裂主方向。
[0062]
具体地，上述根据各微震点对应的破裂面的方向向量，确定隐伏断层的破裂主方向的过程，可以借助三维玫瑰图实现，即可以先建立三维玫瑰图，再借助三维玫瑰图统计分析各微震点的破裂方向，从而根据三维玫瑰图中各个面片上的方向向量，确定隐伏断层的
破裂主方向，具体过程包括以下步骤：
[0063]
首先，可以建立三维玫瑰图，而为便于对各微震点对应的破裂面的方向向量进行统计分析，此处的三维玫瑰图可以是能够涵盖多个不同方向的蜂窝状，又由于三维玫瑰图的核为球形，因此，此处可以通过蜂窝状球体，构建得到三维玫瑰图。
[0064]
随即，可以对三维玫瑰图的球核进行面片划分，以将球核划分为多个面片，具体而言，由于面片划分的均匀度和合理性会对统计分析过程和结果造成影响，因此，本发明实施例中，在对三维玫瑰图的球核进行分解时，可以采用均匀程度很好的六边形网格对球核进行覆盖，覆盖后球核的网格线呈蜂窝状，自然度更高。
[0065]
此处，对于蜂窝状网格结构的球核，根据其上面片数量的不同，可以将三维玫瑰图表现为不同的分辨率。
[0066]
随后，可以将各微震点的破裂方向置于三维玫瑰图的球核的球心，即可以将待统计的破裂面的方向向量放置在三维玫瑰图的球心，以待通过三维玫瑰图进行分析，从而得到三维玫瑰图上的优势方向，进而可以确定隐伏断层的破裂主方向。
[0067]
此后，即可对三维玫瑰图球核上各个面片上的方向向量进行统计，以得到各个面片上方向向量的数目，具体可以是，以球核上每一面片为单位，确定置于球心的破裂面的方向向量与各个面片的相交情况，此处方向向量若与面片相交，则该方向向量为对应面片上的方向向量，并统计各个面片上的方向向量的数目。
[0068]
最后，即可据此各个面片上的方向向量的数目，确定隐伏断层的破裂主方向，即可以参照球核上各个面片上的方向向量的数目，确定三维玫瑰图上的优势方向，从而得到隐伏断层的破裂主方向，例如，可以确定方向向量的数目最多的面片，并根据该面片沿三维玫瑰图的球心对外挤出时的挤出方向，确定隐伏断层的破裂主方向。
[0069]
基于上述实施例，球核上各个面片基于对应面片上的方向向量的数目，沿球心向外方向进行对外挤出；
[0070]
基于各个面片上的方向向量的数目，确定隐伏断层的破裂主方向，包括：
[0071]
基于各个面片上的方向向量的数目，从各个面片中确定最大挤出面片；
[0072]
基于最大挤出面片对应的挤出方向，确定隐伏断层的破裂主方向。
[0073]
具体地，上述根据各个面片上的方向向量的数目，确定隐伏断层的破裂主方向的过程，具体包括如下步骤：
[0074]
图2是本发明提供的三维玫瑰图中微震点对应的破裂面的方向向量的统计分析图，如图2所示，三维玫瑰图的球核上的各个面片会依据其上的方向向量的数目，沿球心向外方向进行对外挤出，因此，首先可以通过各个面片上的方向向量的数量，从各个面片中确定出最大挤出面片，最大挤出面片即各个面片中挤出程度最大的面片；
[0075]
此处，各个面片根据其上的方向向量的数目，沿球心向外方向进行对外挤出，亦可以理解为，每一面片会根据与其相交的方向向量的数目来对外挤出，具体而言，其上方向向量的数目越多，对应面片的挤出程度越大；反之，对应面片的挤出程度则越小。
[0076]
接着，可以根据最大挤出面片对应的挤出方向，确定隐伏断层的破裂主方向，即确定最大挤出面片沿球心向外方向进行对外挤出时的挤出方向，该挤出方向即三维玫瑰图上的优势方向，亦可以称之为，裂隙网络或岩体破裂的优势方向，据此可确定隐伏断层的破裂主方向。
[0077]
基于上述实施例，基于各微震点的震源机制，确定各微震点对应的破裂面的方向向量，包括：
[0078]
基于各微震点的震源机制，确定各微震点的震源矩张量；
[0079]
对各震源矩张量进行分解，并基于分解所得的各震源矩张量的各成分，确定各震源矩张量的特征值，以及特征值对应的特征方向；
[0080]
基于各震源矩张量的特征值，以及特征值对应的特征方向，确定各微震点对应的破裂面的方向向量。
[0081]
具体地，上述根据各微震点的震源机制，确定各微震点对应的破裂面的方向向量的过程，具体可以包括：
[0082]
首先，可以通过各微震点的震源机制，确定各微震点的震源矩张量，即可以利用矩张量反演技术，反演各微震点的震源机制过程中的标准形式，求解得到各微震点的震源矩张量。
[0083]
然后，可以对各微震点的震源矩张量进行分解，以将各震源矩张量分解为多个不同的成分，例如，各向同性(isotropic，iso)成分，双力偶(double couple，dc)成分、补偿线性矢量偶极(compensatelinear vector dipole，clvd)成分等，从而得到各震源矩张量对应的各成分，并可根据各成分确定对应震源矩张量的特征值，以及其特征值对应的特征方向，此处特征方向可以是特征值对应的特征向量所表示的最大力偶方向。
[0084]
之后，即可依据各震源矩张量的特征值，以及特征值对应的特征方向，确定各微震点的破裂方向，即是在各震源矩张量的特征值的基础上，结合特征值对应的特征方向，求解震源破裂面的破裂方向，从而得到各微震点对应的破裂面的方向向量。
[0085]
基于上述实施例，微震点的三维位置是以通过最小二乘法求解的三维位置为初始位置，通过公式进行迭代得到，具体过程包括：
[0086]
其中，微震监测设备的三维位置(xi，yi，zi，ti)与微震点的三维位置(x，y，z，t)之间的关系，可以通过如下公式进行表示：
[0087]
[(x
i-x)2+(y
i-y)2+(z
i-z)2]
1/2
＝v
p
(t
i-t)
[0088]
式中，i表示微震信号触发的第i个微震监测设备，xi，yi和zi分别为第i个微震监测设备的横坐标、纵坐标和竖坐标，ti表示第i个微震监测设备传感器上的p波到时，x，y和z分别为微震点的横坐标、纵坐标和竖坐标，t表示微震活动发生的时刻，v
p
为p波的波速。
[0089]
利用泰勒公式将上式线性化，可以得到以下公式：
[0090][0091][0092]
式中，t
oi
和t
ci
分别表示p波从微震点处传播到第i个微震监测设备的观测到时和理论到时，δx、δy、δz和δt分别为x、y、z和t对应的增量，r表示微震监测设备与微震点之间的距离。
[0093]
此时，对微震信号触发的n个微震监测设备进行联立，可以对上式进行改写，得到
以下公式：
[0094]
aδθ＝b
[0095][0096]
式中，n表示微震信号触发的微震监测设备的数目，tn表示第n个微震监测设备上的p波到时，t
on
和t
cn
分别表示p波从微震点处传播到第n个微震监测设备的观测到时和理论到时。
[0097]
此时，可以通过最小二乘法求解出微震点的三维位置的δθ：
[0098]
δθ＝(a
t
a)-1atb[0099]
式中，t表示矩阵转置，-1表示矩阵求逆。
[0100]
此处，以通过最小二乘法求解出的三维位置为初始位置/迭代初值，重复上式进行迭代，微震点的三维位置变更为θ＝θ+δθ，直至满足收敛条件，即δθ小于预设阈值，此时得到的三维位置θ即为所求的微震点的三维位置。
[0101]
基于上述实施例，通过微震矩张量反演得到微震点的震源机制的过程，具体可以包括：
[0102]
若微震信号同时触发了n个微震监测设备，则微震矩张量反演的标准形式可以表示为gm＝u，其中，u为微震监测设备处的p波远场位移，与声发射一样，可以将其等效为各微震监测设备接收信号的p波初动振幅，为n
×
1的向量。其中，标准形式展开可以表示为：
[0103][0104]
式中，表示微震点处沿k方向的单位力作用下第n个微震监测设备处产生的沿m方向的位移，m表示微震点的震源矩张量，m
ij
为m的分量，un表示第n个微震监测设备处的p波远场位移。
[0105]
基于上述实施例，微震点对应的破裂面的方向向量的确定过程，具体可以包括：
[0106]
将震源矩张量分解为各向同性成分，双力偶成分和补偿线性矢量偶极成分，如下式所示：
[0107][0108]
式中，m
11
，m
12
，m
13
，m
21
，m
22
，m
23
，m
31
，m
32
和m
33
为震源矩张量m
pq
的9个分量，且m
12
和m
21
，m32
和m
23
，以及m
31
和m
13
为对称张量，互为对称张量的两个张量相等。
[0109]
m1，m2和m3为震源矩张量m
pq
的三个特征值，且m1＞m2＞m3，e1，e2和e3分别为m1，m2和m3对应的三个特征向量，且e1，e2和e3分别表示m1，m2和m3对应的最大力偶方向，即特征方向。
[0110]
此时，微震点对应的破裂面的方向向量有两种可能，分别表示为n和l，可以通过如下公式计算得到：
[0111][0112]
式中，l和n表示对应微震点的破裂面的两种方向向量。
[0113]
下面对本发明提供的基于微震监测的隐伏断层破裂主方向确定系统进行描述，下文描述的基于微震监测的隐伏断层破裂主方向确定系统与上文描述的基于微震监测的隐伏断层破裂主方向确定方法可相互对应参照。
[0114]
图3是基于微震监测的隐伏断层破裂主方向确定系统的结构示意图，如图3所示，该系统包括：
[0115]
信号获取单元310，用于获取微震信号，所述微震信号由微震监测设备对隐伏断层活化诱发的微震活动进行监测得到；
[0116]
矩张量反演单元320，用于基于所述微震信号，确定所述微震活动对应的各微震点的三维位置，并基于所述各微震点的三维位置，以及所述微震信号，进行微震矩张量反演，得到所述各微震点的震源机制；
[0117]
方向确定单元330，用于基于所述各微震点的震源机制，确定所述各微震点对应的破裂面的方向向量，并基于所述各微震点对应的破裂面的方向向量，确定所述隐伏断层的破裂主方向。
[0118]
本发明提供的基于微震监测的隐伏断层破裂主方向确定系统，通过微震信号，确定微震活动对应的各微震点的三维位置，微震信号由微震监测设备对隐伏断层活化诱发的微震活动进行监测得到；基于各微震点的三维位置和微震信号，进行微震矩张量反演，得到各微震点的震源机制；基于各微震点的震源机制，确定各微震点对应的破裂面的方向向量，并基于各微震点对应的破裂面的方向向量，确定隐伏断层的破裂主方向，克服了传统方案中隐伏断层破裂主方向的确定困难且不便的缺陷，实现了快速便捷的隐伏断层破裂主方向的探明，为岩体工程的安全建设提供了数据支撑；此外，利用无损监测手段对岩体内部的隐伏断层活动进行实时监测，避免了施工难和耗资大的问题。
[0119]
基于上述实施例，方向确定单元330用于：
[0120]
基于蜂窝状球体，构建三维玫瑰图；
[0121]
将所述三维玫瑰图的球核划分为多个面片，并将所述各微震点对应的破裂面的方向向量置于所述三维玫瑰图的球核的球心；
[0122]
统计所述球核上各个面片上的方向向量的数目，并基于所述各个面片上的方向向量的数目，确定所述隐伏断层的破裂主方向。
[0123]
基于上述实施例，所述球核上各个面片基于对应面片上的方向向量的数目，沿球心向外方向进行对外挤出；
[0124]
方向确定单元330用于：
[0125]
基于所述各个面片上的方向向量的数目，从所述各个面片中确定最大挤出面片；
[0126]
基于所述最大挤出面片对应的挤出方向，确定所述隐伏断层的破裂主方向。
[0127]
基于上述实施例，方向确定单元330用于：
[0128]
基于所述各微震点的震源机制，确定所述各微震点的震源矩张量；
[0129]
对各震源矩张量进行分解，并基于分解所得的各震源矩张量的各成分，确定各震源矩张量的特征值，以及所述特征值对应的特征方向；
[0130]
基于所述各震源矩张量的特征值，以及所述特征值对应的特征方向，确定所述各微震点对应的破裂面的方向向量。
[0131]
基于上述实施例，微震点的三维位置是以通过最小二乘法求解的三维位置为初始位置，通过下式进行迭代得到：
[0132]
aδθ＝b
[0133][0134]
其中，x、y和z表示微震点的三维位置，t表示微震活动发生的时刻，δx、δy、δz和δt分别表示x、y、z和t对应的增量，n表示所述微震信号触发的微震监测设备的数目，tn表示第n个微震监测设备上的p波到时，t
on
和t
cn
分别表示p波从微震点处传播到第n个微震监测设备的观测到时和理论到时，δθ表示通过最小二乘法求解的三维位置θ的修正矢量，δθ＝(a
t
a)-1at
b，其中，t表示矩阵转置，-1表示矩阵求逆。
[0135]
基于上述实施例，通过微震矩张量反演得到微震点的震源机制的过程，可以通过如下公式表示：
[0136][0137]
其中，n表示所述微震信号触发的微震监测设备的数目，表示微震点处沿k方向的单位力作用下第n个微震监测设备处产生的沿m方向的位移，m表示微震点的震源矩张量，m
ij
为m的分量，un表示第n个微震监测设备处的p波远场位移。
[0138]
基于上述实施例，微震点对应的破裂面的方向向量基于如下公式确定：
[0139][0140]
其中，l和n表示微震点对应的破裂面的两种方向向量，m1、m2和m3分别为微震点的震源矩张量的三个特征值，且m1＞m2＞m3，e1和e3分别为m1和m3对应的三个特征向量，且e1和e3分别表示m1和m3对应的特征方向。
[0141]
图4示例了一种电子设备的实体结构示意图，如图4所示，该电子设备可以包括：处理器(processor)410、通信接口(communications interface)420、存储器(memory)430和通信总线440，其中，处理器410，通信接口420，存储器430通过通信总线440完成相互间的通信。处理器410可以调用存储器430中的逻辑指令，以执行基于微震监测的隐伏断层破裂主方向确定方法，该方法包括：获取微震信号，所述微震信号由微震监测设备对隐伏断层活化诱发的微震活动进行监测得到；基于所述微震信号，确定所述微震活动对应的各微震点的三维位置，并基于所述各微震点的三维位置，以及所述微震信号，进行微震矩张量反演，得到所述各微震点的震源机制；基于所述各微震点的震源机制，确定所述各微震点对应的破裂面的方向向量，并基于所述各微震点对应的破裂面的方向向量，确定所述隐伏断层的破裂主方向。
[0142]
此外，上述的存储器430中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-onlymemory)、随机存取存储器(ram，random access memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
[0143]
另一方面，本发明还提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括存储在非暂态计算机可读存储介质上的计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，当所述程序指令被计算机执行时，计算机能够执行上述各方法所提供的基于微震监测的隐伏断层破裂主方向确定方法，该方法包括：获取微震信号，所述微震信号由微震监测设备对隐伏断层活化诱发的微震活动进行监测得到；基于所述微震信号，确定所述微震活动对应的各微震点的三维位置，并基于所述各微震点的三维位置，以及所述微震信号，进行微震矩张量反演，得到所述各微震点的震源机制；基于所述各微震点的震源机制，确定所述各微震点对应的破裂面的方向向量，并基于所述各微震点对应的破裂面的方向向量，确定所述隐伏断层的破裂主方向。
[0144]
又一方面，本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以执行上述各方法所提供的基于微震监测的隐伏断层破裂主方向确定方法，该方法包括：获取微震信号，所述微震信号由微震监测设备对隐伏
断层活化诱发的微震活动进行监测得到；基于所述微震信号，确定所述微震活动对应的各微震点的三维位置，并基于所述各微震点的三维位置，以及所述微震信号，进行微震矩张量反演，得到所述各微震点的震源机制；基于所述各微震点的震源机制，确定所述各微震点对应的破裂面的方向向量，并基于所述各微震点对应的破裂面的方向向量，确定所述隐伏断层的破裂主方向。
[0145]
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
[0146]
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如rom/ram、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
[0147]
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

技术特征：
1.一种基于微震监测的隐伏断层破裂主方向确定方法，其特征在于，包括：获取微震信号，所述微震信号由微震监测设备对隐伏断层活化诱发的微震活动进行监测得到；基于所述微震信号，确定所述微震活动对应的各微震点的三维位置，并基于所述各微震点的三维位置，以及所述微震信号，进行微震矩张量反演，得到所述各微震点的震源机制；基于所述各微震点的震源机制，确定所述各微震点对应的破裂面的方向向量，并基于所述各微震点对应的破裂面的方向向量，确定所述隐伏断层的破裂主方向。2.根据权利要求1所述的基于微震监测的隐伏断层破裂主方向确定方法，其特征在于，所述基于所述各微震点对应的破裂面的方向向量，确定所述隐伏断层的破裂主方向，包括：基于蜂窝状球体，构建三维玫瑰图；将所述三维玫瑰图的球核划分为多个面片，并将所述各微震点对应的破裂面的方向向量置于所述三维玫瑰图的球核的球心；统计所述球核上各个面片上的方向向量的数目，并基于所述各个面片上的方向向量的数目，确定所述隐伏断层的破裂主方向。3.根据权利要求2所述的基于微震监测的隐伏断层破裂主方向确定方法，其特征在于，所述球核上各个面片基于对应面片上的方向向量的数目，沿球心向外方向进行对外挤出；所述基于所述各个面片上的方向向量的数目，确定所述隐伏断层的破裂主方向，包括：基于所述各个面片上的方向向量的数目，从所述各个面片中确定最大挤出面片；基于所述最大挤出面片对应的挤出方向，确定所述隐伏断层的破裂主方向。4.根据权利要求1所述的基于微震监测的隐伏断层破裂主方向确定方法，其特征在于，所述基于所述各微震点的震源机制，确定所述各微震点对应的破裂面的方向向量，包括：基于所述各微震点的震源机制，确定所述各微震点的震源矩张量；对各震源矩张量进行分解，并基于分解所得的各震源矩张量的各成分，确定各震源矩张量的特征值，以及所述特征值对应的特征方向；基于所述各震源矩张量的特征值，以及所述特征值对应的特征方向，确定所述各微震点对应的破裂面的方向向量。5.根据权利要求1至4中任一项所述的基于微震监测的隐伏断层破裂主方向确定方法，其特征在于，微震点的三维位置是以通过最小二乘法求解的三维位置为初始位置，通过下式进行迭代得到：aδθ＝b其中，x、y和z表示微震点的三维位置，t表示微震活动发生的时刻，δx、δy、δz和δt
分别表示x、y、z和t对应的增量，n表示所述微震信号触发的微震监测设备的数目，t
n
表示第n个微震监测设备上的p波到时，t
on
和t
cn
分别表示p波从微震点处传播到第n个微震监测设备的观测到时和理论到时，δθ表示通过最小二乘法求解的三维位置θ的修正矢量，δθ＝(a
t
a)-1
a
t
b，其中，t表示矩阵转置，-1表示矩阵求逆。6.根据权利要求1至4中任一项所述的基于微震监测的隐伏断层破裂主方向确定方法，其特征在于，通过微震矩张量反演得到微震点的震源机制的过程，可以通过如下公式表示：其中，n表示所述微震信号触发的微震监测设备的数目，表示微震点处沿k方向的单位力作用下第n个微震监测设备处产生的沿m方向的位移，m表示微震点的震源矩张量，m
ij
为m的分量，u
n
表示第n个微震监测设备处的p波远场位移。7.根据权利要求4所述的基于微震监测的隐伏断层破裂主方向确定方法，其特征在于，微震点对应的破裂面的方向向量基于如下公式确定：其中，l和n表示微震点对应的破裂面的两种方向向量，m1、m2和m3分别为微震点的震源矩张量的三个特征值，且m1＞m2＞m3，e1和e3分别为m1和m3对应的三个特征向量，且e1和e3分别表示m1和m3对应的特征方向。8.基于微震监测的隐伏断层破裂主方向确定系统，其特征在于，包括：信号获取单元，用于获取微震信号，所述微震信号由微震监测设备对隐伏断层活化诱发的微震活动进行监测得到；矩张量反演单元，用于基于所述微震信号，确定所述微震活动对应的各微震点的三维位置，并基于所述各微震点的三维位置，以及所述微震信号，进行微震矩张量反演，得到所述各微震点的震源机制；方向确定单元，用于基于所述各微震点的震源机制，确定所述各微震点对应的破裂面的方向向量，并基于所述各微震点对应的破裂面的方向向量，确定所述隐伏断层的破裂主方向。9.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1至7任一项所述的基于微震监测的隐伏断层破裂主方向确定方法。10.一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算
机程序被处理器执行时实现如权利要求1至7任一项所述的基于微震监测的隐伏断层破裂主方向确定方法。

技术总结
本发明提供一种基于微震监测的隐伏断层破裂主方向确定方法及系统，其中方法包括：基于微震信号，确定微震活动对应的各微震点的三维位置，微震信号由微震监测设备对隐伏断层活化诱发的微震活动进行监测得到；基于各微震点的三维位置，以及微震信号，进行微震矩张量反演，得到各微震点的震源机制；基于各微震点的震源机制，确定各微震点对应的破裂面的方向向量，并基于各微震点对应的破裂面的方向向量，确定隐伏断层的破裂主方向，克服了传统方案中隐伏断层破裂主方向的确定困难且不便的缺陷，实现了快速便捷的隐伏断层破裂主方向的探明；此外，利用无损监测手段对岩体内部的隐伏断层活动进行实时监测，避免了施工难和耗资大的问题。题。题。


技术研发人员：高富强 魏炯 周靖人 娄金福 杨磊 王晓卿 李建忠 原贵阳 董双勇 刘文举
受保护的技术使用者：天地科技股份有限公司
技术研发日：2023.03.31
技术公布日：2023/8/1