一種基于微震事件簇群pca法巖體斷層滑移面產(chǎn)狀計算方法
【專利摘要】在礦山安全監(jiān)測技術領域，微震監(jiān)測能夠?qū)崿F(xiàn)對潛在斷層破裂面上微破裂源空間位置準確定位，如何從一系列空間隨機分布的微震事件源分析出潛在破壞巖體斷層面的產(chǎn)狀進而預警是一個技術難度和重點。本發(fā)明應用PCA法降維思想，將微震事件空間三維降到二維，分析其聚集平面特征。微震聚集事件在空間域上是一個三維變量聚集樣本，每個事件都含有x，y，z三個坐標變量。通過PCA法提取出微震事件群在第一主元方向矢量及第二主元方向矢量，如附圖一所示，根據(jù)第一主元及第二主元方向形成的平面，計算出該平面正在地理坐標系下的產(chǎn)狀，可得出由微震事件簇群聚集的潛在斷層面的產(chǎn)狀空間形態(tài)。
【專利說明】
一種基于微震事件簇群PCA法巖體斷層滑移面產(chǎn)狀計算方 法
技術領域
[0001] 本發(fā)明屬于地礦監(jiān)測技術領域，涉及一種微震傳感器測得數(shù)據(jù)后的后續(xù)數(shù)據(jù)分析 和數(shù)據(jù)處理。
【背景技術】
[0002] 微震技術已經(jīng)廣泛地應用于礦山、水電等地下工程安全監(jiān)測，是地下工程安全監(jiān) 測的重要技術手段之一。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 微震聚集事件在空間域上是一個三維變量聚集樣本，每個事件都含有X，y，Z三個 坐標變量。通過對微震聚集事件三維坐標數(shù)據(jù)主元分析，提取出微震事件群在第一主元方 向及第二主元方向，根據(jù)第一主元及第二主元方向形成的平面，可以確定出微震事件群聚 集形成平面的信息。通過主元分析法實現(xiàn)將維數(shù)較高（三維）的空間微震事件坐標特征轉(zhuǎn) 換到維數(shù)較低的主元空間（二維）分析，能準確描述出微震事件在空間聚集形成的滑移面 的產(chǎn)狀（斷面走向傾角）。圖一示例為在平面內(nèi)隨機分布的微震事件沿其走向及垂直走向 的主元方向，Xp為事件群第一主元方向，Yp為第二主元方向。
[0004] 大爆破后上部懸頂斷層區(qū)域聚集微震事件簇群個數(shù)總計為54個，以該54個事件 為本次爆破誘發(fā)的大型斷層滑移分析對象來研究斷層面，微震事件空間三維坐標如表1所 不。
[0005] 表1?事件空間坐標數(shù)據(jù)

[0008] 采用Z-score法對原始數(shù)據(jù)標準化所的結(jié)果如表2所示。
[0009] 表2.事件空間坐標標準化后數(shù)據(jù)
[0010]
[0012] 根據(jù)PCA分析方法，采用matlab編寫相應的計算程序，可求得X = ^)54><3的相 關矩陣即協(xié)方差矩陣R= (rlk)3X3，協(xié)方差矩陣為： "1.0000 0.8544 -0.75906"
[0013] 0.8544 1.0000 -0.60758 -0.7590 -0.6075 1.0000
[0014] 協(xié)方差矩陣R = (rlk)3X3的特征根和特征值和特征根分別如下所示。 "0.1128 0 0
[0015] D= 0 0.4018 0 0 0 2.4852 "0.7806 0.1375 -0.6096"
[0016] V= -0.5545 0.6023 -0.5742 0.2882 0.7863 0.5464
[0017] D中對角線上的非零值為特征值，從小到大排列，V中各列分別對應中特征值得特 征向量。
[0018] 本例中前兩個主元量即為山=2. 4852, d2= 0. 4018 ;其對應的特征向量分別為： fv, =[-0.6096 -0.5742 0.54651
[0019] \ 1
[v2 =[0.1375 0.6023 0.7863]
[0020] R，％不在同直線上，能構(gòu)成一個平面，該平面的法向量為：
[0021] ? = v,xv2 =[-0.7807 0.5545 -0.2882]
[0022] 將法向量5 = (x,_y,z)中的z值令為〇,即可獲得法向量只在xy軸所構(gòu)成的水平面上 的投影向量？=〇c，L〇)，該法向量在水平面上的投影向量為hh 0.7807 〇.5545 〇];設X 軸的方向向量為？ = (1,0, 〇)，則法向量巧在水平面上的投影向量f與X軸夾角余弦值為：
[0024] ?與義軸夾角即為$，巧所構(gòu)成的平面的傾向，其值a為：
[0025] a = arccos(-〇. 8153)+180。= 324. 6。
[0026] 所以該平面傾向為324. 6°。如附圖四所示。
[0027] 同理可求出法向量與其在水平面投影向量f夾角余弦值
[0029] 法向量《與其在水平面投影向量f夾角0為：
[0030] 0 = arccos (0. 9576) = 16.8°
[0031] 所以，該平面的傾角為 y = 90° = 90° -16.8° = 73.2°
[0032] 如附圖五所示。
[0033] 根據(jù)上述微震主元分析法，對54個事件空間位置的第一特征值和第二特征值分 析得出，其所形成的滑移面產(chǎn)狀如下：塌滑移面的傾向為324.6°，傾角為73.2°。 【附圖說明】 圖一是微震事件空間分布主元方向說明；圖二是微震事件第一主元方向；圖三是微震 事件第二主元方向，圖四是實例計算得到的潛在斷層面傾角圖;圖五是實例計算得到的潛 在斷層面走向圖。
【主權項】
1. 一種基于微震事件簇群PCA法巖體斷層滑移面產(chǎn)狀計算方法，其特征在于： A. 微震事件簇群在空間域上是一個三維變量聚集樣本，每個事件都含有X，y，z三個坐 標變量。通過對微震事件簇群三維坐標數(shù)據(jù)PCA分析（主元分析），提取出微震事件簇群在 空間的第一主元方向及第二主元方向，根據(jù)第一主元及第二主元方向形成的平面，確定出 微震事件簇群聚集形成主元平面的信息。 B. 通過主元分析法在維數(shù)較高（三維）的空間微震事件簇群中求解出微震事件簇群聚 集主元面（二維）空間特征，能準確描述出微震事件簇群聚集巖體斷層滑移面產(chǎn)狀，可在大 地坐標系下計算出巖體滑移面產(chǎn)狀走向及傾角。
【文檔編號】G06F19/00GK105893723SQ201410542069
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2014年10月15日
【發(fā)明人】林峰, 胡靜云, 彭府華, 陳汝秀, 李庶林, 楊順, 喻威
【申請人】長沙礦山研究院有限責任公司