地震科普|工程師的“透視眼”——微地震監(jiān)測技術(shù)

微地震是什么“震”?
微地震是巖體內(nèi)因應力場變化導致巖石破裂而產(chǎn)生的強度較弱的地震波,即微弱的地震信號。微地震不同于地震勘探時的人工地震,它是在生產(chǎn)過程中自然發(fā)生,具有能量小、持續(xù)時間短等特點。地下巖體破裂產(chǎn)生的聲發(fā)射現(xiàn)象稱為微地震事件。

? 微地震監(jiān)測技術(shù)是一種地球物理檢測技術(shù),其主要手段是對生產(chǎn)活動中產(chǎn)生的微小地震事件,進行數(shù)據(jù)的采集,并加以觀測和分析,并對所得數(shù)據(jù)及結(jié)論進行記錄,對微小地震事件對生產(chǎn)活動的干擾、效力及巖體保持穩(wěn)態(tài)的預測。其基礎(chǔ)是聲發(fā)射學和地震學。
微地震監(jiān)測技術(shù)運用的技術(shù)方法很多,但基本流程大致相同,主要包括數(shù)據(jù)采集、處理和反演定位等幾個關(guān)鍵步驟。系統(tǒng)監(jiān)測微地震的三要素是監(jiān)測活動的首要任務,他們包括震源的位置、發(fā)生的時刻以及震源深度及強度。基本做法是通過在井中和地面布置檢波器排列接收生產(chǎn)活動所產(chǎn)生或誘導的微小地震事件,并通過對這些事件的反演求取微地震震源位置等參數(shù),然后應用這些參數(shù)對生產(chǎn)活動進行監(jiān)控或指導。
微地震監(jiān)測技術(shù)運用什么原理?
? 在巖體斷裂的斷面或者變形的表面微地震事件多有發(fā)生,這是出于應力集中現(xiàn)象,在生產(chǎn)活動中會對巖體原有的應力平衡破壞,這時應力集中就會出現(xiàn)在巖體中的裂縫周圍,這些裂縫可以是本身存在的或新產(chǎn)生的,其應變能量提高。在巖體中存在原有裂縫,原有裂縫會受到外界的作用力影響,當受到較大的作用力時會發(fā)生局部的逆向屈服以及發(fā)生形變,導致裂縫會向物體內(nèi)部不斷延伸,此時應力松弛伴隨向外界以彈性波的形式向外輻射能量,這種現(xiàn)象便是微地震現(xiàn)象。這些波的頻率一般在200~1500Hz范圍內(nèi),一般持續(xù)時間較短低于15s。

監(jiān)測系統(tǒng)通過對原有裂縫缺陷部分和新產(chǎn)生的裂縫區(qū)域進行信號采集并加以分析記錄,并借助外力的增加等信息確定新發(fā)生裂縫的變形位置以及具體形式和尺寸。經(jīng)過不斷地積累數(shù)據(jù),形成數(shù)據(jù)庫,根據(jù)經(jīng)驗可知:當頻率越高,時間越短,輻射波的能量也就越小,也就是說微地震事件越微弱,相應的可知破裂長度越短。
利用統(tǒng)計學原理分析,可得出微地震事件的時間和空間相關(guān)信息,通過這些經(jīng)驗就可以對巖體區(qū)域穩(wěn)定性給出一個較為合理的綜合評價。
微地震監(jiān)測技術(shù)的應用有哪些?在生產(chǎn)活動中經(jīng)常會產(chǎn)生一些微小地震事件,例如在地下礦井深部開采過程中發(fā)生巖石破裂和地震活動,常常是不可避免的現(xiàn)象。通過微地震監(jiān)測技術(shù)監(jiān)測巖石破裂和地震活動,便可以評估出小地震事件對生產(chǎn)活動產(chǎn)生的影響,由于其為物理監(jiān)測技術(shù)相應的也可以監(jiān)測到地下洞室圍巖的穩(wěn)定狀態(tài)。

隨著生產(chǎn)需要的不斷演進,以及對頁巖氣、非常規(guī)油氣開采以及各類新興能源開采的深入研究,微地震監(jiān)測技術(shù)作為其依賴的核心成為保證效率和人員設備安全的重要保證,其多應用于判斷壓裂裂縫的形成、發(fā)展趨勢的判斷依據(jù)。
現(xiàn)如今,
微地震監(jiān)測技術(shù)已成為一項
應用十分廣泛的地球物理探測技術(shù)。
該技術(shù)讓工程師有了“透視眼”,
可以每時每刻密切監(jiān)視著巖體破裂過程,
為礦山安全開采、隧道挖掘、
頁巖氣等新興能源的安全開發(fā)
保駕護航。