ISS微震监测系统简介

ISS高精度微震监测技术简介盛虞北京达汉新柯仪器有限公司（联系电话：[phone]）微震和微震监测技术„微震：局部范围内岩石在断裂时以地震波形式产生的震动。„微震监测技术：利用监测岩体微震活动的发生、发展、以及通过对微震源的定位和分析，以判断、评估和预报监测范围内岩体的稳定性。微震里氏震级范围-3-2-102345671微震震级活动区域1989Newcastle地震5.8级里氏震级需要高精度微震监测技术岩体微震震源及监测灵敏度51015204075100定位精度[m]2-44-66-1212-2020-3535-6465-100震源尺寸,[m]-2.0-1.5-1.0-0.50.00.51.0最小震级,mmin震源定位„震源–––部分岩体突然发生非弹性变形产生可记录到的微震波，是形状不确定的部分岩体。„体积：立方米以下级到立方公里级„突然性：厘米/秒~米/秒„非弹性变形：10-2~10-4„主要震源参数（与模型无关）„事件发生时间：t0„空间坐标：x0，y0，z0„微震潜势：P（应变？）„微震能量：E（应力？）微震监测原理简述„微震潜势，P（m3）-度量震源岩体的非弹性变形。„P=ΔεV或Δε=P/V„微震能量，E(Nm)„E=σΑP„由此得微震能量与非弹性变形（应力应变？）的关系VP=Δ⋅Δ=εε或VPQuantificationofSeismicityQuantificationofSeismicity((MendeckiMendecki,1997a),1997a)„„顺序发生的事件的时间间隔顺序发生的事件的时间间隔„„顺序发生的事件的空间距离顺序发生的事件的空间距离„„潜势的和潜势的和„„释放能量的和释放能量的和能量指数能量指数EIEIVP=Δ⋅Δ=εε或VP能量指数（EI）定义为一个特定事件的辐射的能量与区域内平均辐射能量（E）对应于相同地震潜势（P）的比值。Log（E）=c+dLog（P）其中candd为常数量。通常d值随系统的劲度而增加，c值随应力而增加。能量指数EI1表示区域的剪应力高于平均值，反之，低于平均值。因此，能量指数可以用于稳定性评估。时程分析-累积视体积与移动平均能量指数VP=Δ⋅Δ=εε或VP简单时程分析可以了解简单时程分析可以了解““改变多大改变多大””--施密特数与能量指数施密特数与能量指数VP=Δ⋅Δ=εε或VPEnergyIndexSeismicSchmidtNo.岩体变形的非线性特性微震（应变）等值线图微震（应力）等值线图不同于弹性模型，微震技术独立测定能量与非弹性变形应变（应力和应变？）岩性对微震震级、震源半径、应力降关系40m80m震级M=1下，硬岩的非线性区等效半径为40m而对软岩可达80m。岩性对微震视应力（能量释放）影响相同震级M=1下，最大σmax与最小σmin视应力之比相差100倍岩体震级、能量释放和非线性体积关系VP=Δ⋅Δ=εε或VP1.1x10103.573002x109313003.6x1082.52306.3x1072411.1x1071.57.32x10611.33.6x1050.50.236.3x10400.0411.1x104-0.50.00732x103-10.00133.6x102-1.50.000236.3x10-20.000041能量[J]震级微震潜势[m3]Mendecki等（2007）高精度微震监测技术----能量指数与累积视体积时程记录（Lynch等2004）传统微震监测M-0.2高精度微震监测M-2.0高精度微震监测技术----视应力等值线图（Lynch等2004）传统微震监测M-0.2高精度微震监测M-2.0微震记录M=1.8微震记录M=-2ISS微震监测系统组成„智能型微震检波器„GS微震采集仪„数据通讯（RS232、RS485、PSK协议或光纤）与计算机系统„数据处理软件及图像显示分析软件智能型传感器：检波器或加速度计自动向系统给出仪器编号、安装方位角、倾角等参数检波器技术参数7-20000.51808019014G143-200042281504.5G4.5监测频率范围(Hz)极限位移(mm)倾斜角(o)无阻尼灵敏度(v/m/s)去噪响应(Hz)固有频率(Hz)产品种类加速度计技术参数2-2500015010060250002A250.2-2,30085001623000.2A2.3k监测频率范围（Hz)宽带噪声（μg)无阻尼灵敏度（mV/g)固有谐振(Hz)最高频率(Hz)最低频率(Hz)产品种类检波器与加速度计频率响应特性矿山微震监测中常用传感器的灵敏度和动力响应特性.高低限所定义的区间表示每种传感器的可应用范围。检波器灵敏度范围在数百赫兹，受Cliplimits影响，超出该范围后动力响应特性不佳。一个动力响应范围为132dB的采集系统其定量噪声相当于10-7m/s的地面背景噪声。全自动数字微震信号采集仪GS微震采集仪GS微震数据采集仪技术特性„„采样率：采样率：33--48kHz48kHz，软件可选；，软件可选；„„数模转换：数模转换：3232位；位；„„功耗：功耗：1.81.8--3.5W3.5W；；„„动态范围：动态范围：@48000Hz120dB@48000Hz120dB；；@50Hz150dB@50Hz150dB；；„„通道数：通道数：66；；„„通讯协议：通讯协议：RS232,RS485,PSKRS232,RS485,PSK，以太网、无线、，以太网、无线、USB2.0USB2.0（存储）；（存储）；„„内置内置GPSGPS；；„„检波器校准等检波器校准等数据通讯方式和距离RS485每根电话线可接三只GS微震控制器。GS间距最大1200米，信号通过中继器传输。PSK由4芯线点到点接到每个GS微震控制器最大距离7000-10000米根据信号电缆质量光纤传输将GS数据通过数/光转换器变成光信号输出，距离基本不受限制。图像显示与分析软件过滤后的微震事件空间分布微震位移空间等值图表示软件模块•运行控制模块（RTS）•微震数据处理分析软件（Jmts）•图形显示（Jdi）•实时事件位置显示（Ticker）•SQL数据库查询•支持Windows或Linux操作系统•可以和AUTOCAD和Surpac等联合使用灵活的软件模块安装本地网络事件位置显示（Ticker）„„近乎实时地显近乎实时地显示记录到的微示记录到的微震事件震事件„„快速自动或人快速自动或人工确定事件位工确定事件位置置„„实时更新显示实时更新显示„„最近一个事件最近一个事件屏幕闪动屏幕闪动可以从数据库调用并显示某个时段的事件查询事件参数显示事件位置（例：头5个事件）从Jdi软件中运行Jmts软件ISS微震监测技术的特点总结以上介绍了ISS微震监测技术，其中某些特有技术是其它微震监测技术所不具备的，也是ISS多年来能够领导国际微震监测技术发展的原因。其中关键技术有：•高精度测量技术：可监测并定位小到-3级左右的微震；•具有预警功能的无线微震计；•软件三维实时可视化技术；•使用中遇到的射线追踪技术和边界反射效应处理技术等。高精度微震监测系统特性高精度微震监测系统特性温度、应力、变形、渗流等温度、应力、变形、渗流等支持非震传感器信号采集支持非震传感器信号采集非震动信号非震动信号1010数十种滤波器可选，运用定量微震学数十种滤波器可选，运用定量微震学方法，进行预警。软件已经汉化。方法，进行预警。软件已经汉化。系统计时软件；系统计时软件；数据处理软件；数据处理软件；数据三维可数据三维可视化软件；视化软件；数据实时显示软件；监测可数据实时显示软件；监测可自动计算的单一事件参数软件计算微震自动计算的单一事件参数软件计算微震活动性的参数活动性的参数软件软件99可自动确认拾震器可自动确认拾震器IdId，序列号，位置等，序列号，位置等全部类型拾震器已经智能化，单分量、三分量全部类型拾震器已经智能化，单分量、三分量组合。（分为钻孔和表面的安装形式）组合。（分为钻孔和表面的安装形式）拾震器智能化拾震器智能化88120dB@48kHz120dB@48kHz、、150dB@50Hz150dB@50Hz动态范围动态范围77100m100m检波器防水检波器防水66GS:32GS:32位位A/DA/D转换位数转换位数55软件选择软件选择33--48kHz48kHz采样率采样率44可扩展到可扩展到15361536以上以上系统通道数系统通道数33矩震级矩震级mmHKHK--3.03.0到到+3.5+3.5左右左右震级范围震级范围22检波器检波器33--2000Hz2000Hz，，加速度加速度0.20.2--2500025000HzHz频带宽频带宽11备注备注指标指标名称名称序号序号微震监测技术与岩体稳定监测应用„短期预报：开挖面、作业面附近局部岩体的稳定性监测，如对岩爆、冒顶、垮塌、偏帮等局部岩体灾害的预报、预警，以避免造成作业人员的伤亡和机械设备的损毁。„中、长期预报：较大范围内岩体灾害评估及预报，如边坡稳定，地下洞室岩体稳定的评估，可提前数十天预报可能的大范围的岩体失稳和地质灾害。VP=Δ⋅Δ=εε或VP短期岩爆与岩体失稳预报基于对微震时间历时定量分析技术„微震活动时程分析的目的建立可能将要发生的岩体灾害评估方法，并尽可能地进行风险评估。„大的岩体灾害发生前总是伴有岩体内部应力增加然后降低并伴有加速发展的微震伴生岩体变形。„由于岩体失稳的动力学（破裂发展、累积和破坏区形成）过程非常复杂，任何微震参数的突然变化应引起立即警惕，并在数十秒到数分钟内作出及时预警。VP=Δ⋅Δ=εε或VP短期岩体稳定性评估的四个重要参数短期岩体稳定性评估的四个重要参数VP=Δ⋅Δ=εε或VP单位时间内微震事件单位时间内微震事件的数量的数量微震活动率微震活动率微震的时空复杂性微震的时空复杂性微震微震SchmidtSchmidt数数应变率应变率视体积视体积––累积曲线的累积曲线的斜率斜率应力应力能量指数能量指数度量度量参数参数基于微震理论的岩体失稳解释„应变硬化阶段（稳定状态）：视体积增大，能量指数增大„应变软化阶段（非稳定状态）：视体积增大，能量指数减小能量指数累积视体积岩石应力~应变特性„应变硬化阶段（稳定状态）：应变增大，应力增加„应变软化阶段（非稳定状态）：应变增大，应力减小稳定状态不稳定状态VP=Δ⋅Δ=εε或VPEnergyIndexSeismicSchmidtno.图(a)矿柱开采过程中在体积，V=5.12E7m3，内发生的微震事件累积视体积时程线，VA,和能量指数,EI。值得注意的是，所有大的微震事件,logE7.5,发生在矿柱失去了承载应力的能力。同时注意d值（E-M关系的斜率）和b值在两个时段内（阴影区）的改变，平均能量指数相同，但劲度有着很大不同。图(b)92年1月到93年5月的累积频率-震级关系显示“硬化”，而93年6月到94年12月显示“软化”，硬化阶段内数据和模型没有较大的事件，而在软化阶段，伴随大事件的发生，有着较高的失稳风险;图(c)日微震事件（ｍ＝１）分布，硬化阶段，２３：００到１：００的危害度较高，而在软化阶段，１３：００到１６点的危害度较高。微震监测在南非的用户微震监测在南非的用户世界范围内的客户世界范围内的客户公司员工公司员工100100人左右；人左右；在服务矿山在服务矿山140140多家；多家；客户遍及客户遍及2828个国家；个国家；矿山市场占有率矿山市场占有率60%60%以上。以上。澳大利亚的客户发展澳大利亚的客户发展„„截止到截止到20082008年年88月；月；谢谢大家！