基于相位测量的分布式群波浅层微震定位方法

摘要

本发明公开了一种基于相位测量的分布式群波浅层微震定位方法，采用分布式震源测试系统，经过布设震动传感器、提取震动信号的相位信息、校正相位信息、节点簇定位及节点群定位五个步骤，最终实现分布式群波浅层微震震源的定位。该方法在采用小区域节点簇布设和大范围节点群任意布设方式，且采用粒子群算法对节点簇内多种优势频率成分对应的相位信息进行自适应定位，采用主成分分析法对定位结果进行数据融合，具有传感器布设难度低、适用范围广、定位精度和可靠性高等优点。

主权项

基于相位测量的分布式群波浅层微震定位方法，采用分布式震源测试系统，分布式震源测试系统包括控制主站和探测节点群两部分，其中，控制主站包括计算机、授时控制电路及无线传输模块；探测节点群包括至少两个独立的传感器节点簇，传感器节点簇包括五个传感器节点，传感器节点包括震动传感器、信号调理模块、大容量数据采集存储模块、时统模块、探测节点无线传输模块及电源模块，其特征在于：传感器节点簇的五个传感器节点中，四个传感器节点作为测量传感器节点，另一个传感器节点作为参考传感器节点，该方法经过布设震动传感器、提取震动信号的相位信息、校正相位信息、节点簇定位及节点群定位五个步骤，最终实现分布式群波浅层微震震源的定位：1）布设震动传感器震动传感器全部埋设于地下，测量传感器节点布设在水平面投影呈任意四边形的四个顶点，参考传感器节点位于四边形内部，在水平投影面上，测量传感器节点距参考传感器节点的最大距离小于震动波最大优势频率对应的波长；震动传感器在空间深度上任意布设，但任意两个传感器节点不能布设在同一深度；2）提取震动信号的相位信息对每个震动传感器所获得的微震时域信号，进行小波去噪，对去噪后的信号进行傅立叶变换，得到每个震动传感器所获得微震信号的频域功率谱信息，并计算其对应的优势频带；在优势频带中以频率步进或按照功率谱中所占能量的大小选择优势频率；将所得优势频率进行傅里叶反变换，得到其对应的时域信号；采用互相关算法，求取测量传感器节点与参考传感器节点在优势频率处的相位差；3）校正相位信息求出在上述优势频率点处每一个震动传感器的固有相频特性中相位偏移量，并求出各测量传感器节点与所属的节点簇中参考传感器节点的固有相位差；4）节点簇定位构建无预测速度条件下的定位方程，利用最小二乘法或chan算法，求得第N组节点簇在优势频率处的迭代初始值；采用粒子群算法求解出第N组节点簇在优势频率处的震源位置；5）节点群定位计算所有节点簇的定位结果，利用主成分分析算法进行加权融合，最终获得震源的位置。