微震偏振角与到时差互补联合定位机制研究

It is easy to produce a wrong location result to the time difference of arrival (TDOA) due to that its equations local extremum, and it’s difficult to pick up the first break, hypothesis for constant velocity, et al. It cannot avoid multiplicity and inaccurate first break when using these optimization algorithms focusing on its solution of the objective function and extreme model itself. Whether we can directly use polarization property of seismic wave to compensate for the lack of the TDOA, and whether they have the complementary foundation and mechanism between polarization angle and the TDOA. In this subject, an accurate reference calibration angle will be calculated using geophone gesture data, and the vertical, radial and tangential component data is calibrated to a standard three-component data using the reference calibration angle, and then the exact polarization angle is calculated by extracting the homotype-wave. On the one hand, the polarization angle is used to solve seismic source, the other hand, the three-component data can be further calibrated to improve the first break picking accuracy of TDOA. Certainly, the first break picking of TDOA can constraint contrarily the time window selection of polarization angle location, so as to form an effective complementary mechanism, and it is no need to calculate the time of first break and velocity model in theory to polarization angle location, there is no need to strike at the beginning of time and, which makes up the shortcomings of TDOA location. It can help to improve the applicability and accuracy of source location with the establishment of minimum error location model based on polarization angle and TDOA location method.

到时差定位方法由于局部极值、初至拾取困难及波速恒定假设等问题，易出现较大误差。围绕其目标函数求解或极值模型本身的多种优化算法，并不能避免其多解性及不准确初至，而且无法排除波速恒定假设及有效数据不足所引入的误差。是否可以直接利用地震波的偏振属性来弥补到时差的不足？其与到时差之间是否具备互补定位的基础和机制？本课题拟利用所测量的检波器姿态信息，计算精确的参考校正角，并将垂直、径向和切向分量数据校正为标准三分量数据，提取同型波来计算较为精确的偏振角，所获取的偏振角数据一方面进行定位求解，另一方面可以对三分量数据进一步进行校正，提高到时差定位初至拾取的准确性；当然到时差定位的初至拾取反之可以约束偏振角定位的时窗选取，从而形成有效的互补机制，且偏振角定位理论上是无需求取初至时间和速度模型的，从而弥补了到时差定位的不足。基于二者之间所建立的最小误差定位模型，有助于提高震源定位的精确度和方法的适用性。

针对微震到时差定位中由局部极值、初至拾取困难及波速恒定假设等所导致的定位误差，项目围绕到时差改进与偏振分析的互补约束定位问题，分别在三分量检波器姿态信息获取、三分量微震数据的校正、偏振分析方法及偏振角的求取、偏振约束到时拾取以及相应定位方法的研究、联合定位误差模型的构建等几个方面开展了重点研究。项目所提出的三分量姿态信息获取及其数据校正方法，已在多个工程应用中得到验证。利用偏振分析方法约束微震事件的到时拾取，能够大大提高其到时的拾取精度；基于偏振信息所构建的定位模型，不仅能改善有效接收点数据不足的情况，同时也能为到时差定位方法提供互补的误差模型。 . 项目研究成果超出了预期的任务要求，主要取得了以下成果：（1）利用低成本的惯性传感器组，完成了具有姿态检测功能的三分量数字检波器，配合相应数据融合算法准确获取了检波器姿态信息，并开发了相应的数据采集控制终端；（2）利用所获取的检波器方位及倾角信息，完成了随机三分量数据向统一参考方位三分量数据的校正，保证水平分量数据具有更可靠的初至信息；（3）结合所校正的三分量微震数据，分别利用矢端曲线、协方差矩阵、奇异值分解方法进行偏振分析，同时对其复数域进行了偏振分析，获取了更为稳定的偏振信息；（4）利用偏振分析的特征值约束微震数据到时的拾取，配合快速的AIC拾取算法，实现了强噪声环境下精确的到时拾取；（5）分别利用玫瑰图、罗盘图及直方图对偏振信息建立统计分析模型，由此实现了基于偏振角的分析定位模型；（6）利用Matlab开发了偏振分析软件，以及偏振特征约束下的联合定位软件。. 依托项目研究成果，发表学术论文13篇，其中SCI检索6篇、中文核心6篇、会议论文1篇；获授权中国发明专利2项、德国实用新型专利2项；依托本项目成果，晋升高级职称2人，培养毕业研究生3名。