内容简介
本书从理论与实际、微观实验与工程实践、技术方法与效果分析三个维度，介绍地下工程作业、环保、质量监测所涉及的微地震技术的原理、技术流程和工程实际应用案例。第1章介绍微地震技术的基础理论；第2章介绍实验室条件下声及实验案例；第3章介绍微地震观测系统；第4～8章介绍微地震资料处理括预处理、震源定位、震源机制反演、裂缝及应力描述原理及方法；第9～10章介绍微地震技术在深部油气水力压裂及矿山开采开发监测中的应用。
目录
前言
第1章 微地震技术的基础理论 1
1.1 地震学的概述 1
1.2 地震力学机理 15
1.3 震源激 34
1.4 地震波传播理论 55
1.5 小结 67
第2章 微地震技术实验基础 68
2.1 岩石破坏实验概述 68
2.2 声发射技术概述 74
2.3 三轴岩石破坏实验 78
2.4 真三轴水力压裂实验 82
2.5 小结 99
第3章 微地震观测系统 100
3.1 微地震技术概述 100
3.2 微地震观测方式 107
3.3 微地震观测设计 113
3.4 小结 123
第4章 微地震资料预处理 125
4.1 信号的定义 125
4.2 数字信号处理基本方法 125
4.3 人工智能处理概念 130
4.4 微地震资料特征 132
4.5 噪声衰减处理技术 136
4.6 微地震事件识别技术 138
4.7 微地震事件震相识别 140
4.8 微地震震相初拾取 142
4.9 小结 146
第5章 微地震震源定位 147
5.1 微地震震源定位概述 147
5.2 基于微地震波运动学特征的震源定位 151
5.3 基于微地震波动力学特征的震源定位 155
5.4 微地震震源定位适应 160
5.5 案例分析 161
5.6 震源定位精度影响因素 167
5.7 小结 178
第6章 微地震震源机制反演 179
6.1 震源机制物理意义 179
6.2 微地震震源机制反演的难点 180
6.3 震源机制反演基础理论 182
6.4 双力偶模型震源机制反演 186
6.5 震源机制全张量反演 192
6.6 小结 200
第7章 微地震地应力张量反演 201
7.1 地应力 201
7.2 地应力测量方法 202
7.3 地应力与工程活动 205
7.4 应力张量反演理论 208
7.5 小结 209
第8章 微地震震源特征描述 210
8.1 断层/裂缝的定义 210
8.2 破裂尺度描述的意义 211
8.3 破裂尺度描述现状 212
8.4 裂缝时空动态描述 215
8.5 案例分析 221
8.6 小结 228
第9章 微地震技术在水力压裂中的应用 229
9.1 微地震井中观测 229
9.2 微地震地面放射状排列观测 236
9.3 稀疏/密集台阵观测 249
9.4 小结 258
第10章 微地震技术在矿山开采中的应用 259
10.1 矿区工程地质概况 259
10.2 微地震观测布设 260
10.3 信号类型及特征 263
10.4 数据处理与解释 268
10.5 小结 274
参考文献 275
摘要与插图
第1章微地震技术的基础理论
地震学是微地震技术的重要基础理论。本章将用“正问题”的思路回顾和介绍微地震技术所涉及的地震学原理、方法等关键基础理论含宏观定义地震波的激发原理、地震波的传播理论等。这些理论知识是认知微地震技术的重要理论基础和背景知识，亦是后续微地震观测设计、处理算法构建和流程搭建的重要理论支撑，更是微地震震源参数与工程活动相结合的地质工程一体化解释思路和解决方案的理论支撑。
1.1地震学的概述
地震学是一门系统理论深厚的学科，亦是比较复杂的学科，其理论和应用研究均融入了多个学科的基础知识，一些新的学科研究方向亦是地震学研究和应用领域的延伸。地震学理论涉及大量的物理、数学知识，而其技术实现和工程实施过程需要的地质学以及相关工程技术等专业的知识基础。地震学的诞展始终得益于人类认识地球的迫切需求，随着科技发展和文步，其研究范围更加广阔、研究对象更加细化和广泛。现代地震学的研究更需要的电子信息、计算机和数字信号技术基础，如数字信号处理、人工智能等现代计算机和信息技术知识。
1.1.1地震学发展历程
地震学源于人类抵御地震灾害的需要，早期的地震学主要从地质学的角度研究记载地震的宏观现象、地震的地理分布以及地震导致的自然灾害等。中国是世界上地震学发展早的国家，张衡研究的世界上早的地震仪记录了当时的地震。中国古代关于地震的记载亦是很丰富的，但由于那时基础科学相对比较薄弱，加之人类对自然认识的不足，人们记录的更多的是地震带来的损害，如自然灾害日志、灾情等信息，往往没有对地震现象及背后隐藏的里行系统的研究、分析结，那时的地震学理论和研究方法尚未得到质的发展。
随着人类文明步和对自然认识的深入，以几十年来计算机信息技术的发展，地震学研究突飞。次世界大战以后，地震学涉及的各个分支步显著，并在1906年旧金山地震成因研究中得到扩展和深化代电子信息等技术的发展亦带动了模拟和数字地震仪等观测设备步，观测设备的灵敏度和便捷极大增强，大范围密集的区域观测日益广泛。同时，通过对地震波的记录和分析，极了地震学从宏观地质现象描述向数学物理基础理论的建立，从感知地质现场震动向地球深部探测的发展，更了地震学从定描述向定量分析的转变。这些理论基础和定量描述极大地扩展了地震学的研究范围和应用领域，产生了大量的分支学科。这些分支学科在孕震机理、板块构造、区域应力等理论研究，以及防震减灾、工程监测等工业应用中得到了广泛的融合，地震学的基础理论亦在应用中得到不断的深入和完善，精细化和定量化特征也更加显著年来，互联网信息技术呈现跨越式发展，地震技术更不断地颠覆传统的分析模式。密集分布式台阵观测、海底光缆地震数据采集、快速自动的计算机实时处理、地震预警、地震处理解释与人工智能等技术的融合，使得地震学的研究和应用范畴得到极大地拓展，几乎涉及国家基础设施建设和维护的各个方面。
1.1.2地震学分类
广义的地震含地震震源和传播介质的研究，其研究范围极大。针对不同的研究和应用对象，地震学可分为构造地震学、勘探地震学、工程地震学以及声发射等。当然，随着未来技术步和人类探究自然的扩大和深入，地震学的分支可能更多，分类亦更细，几年快速发展的高铁地震学。
狭义的地震学是研究固体地球的震动和有关现象，是固体地球物理学的一个重要分支，其不仅研究天然地震，也研究某些人为的或自然因素所造成的地震，如地下核爆炸、岩浆冲击、地面塌陷等。随着科学技术的发展，地震学已经从传统的天然地震研究发展到人工地震，亦扩展实验室条件下微小尺度地震研究。因此，根据不同的研究领域和应用对象，地震学的研究尺度和应用领域的范围较广。然而，尽管其震源尺度或震级的跨度存在极大的差异，以及广泛的应用领域，其力学基础理论仍存在极大的相似。
地震学宽泛，根据不同分支及不同研究对象和研究目的，其名称亦有所差异。将从地震学的尺度和分支方面对地震行概要介绍。
1.1.2.1地震学的尺度
地震学几乎涉及国家建设和人民生活的方方面面，因此，在不同领域，地震学研究和应用对象的名称亦存在明显差异体而言，广义的地震学可从震源尺度、震源激发方式、震源成因三个方行地震学分支的差异化区分。
1.震源尺度
地震学研究尺度范围极广。按照震源尺度，狭义的地震研究将地震分为板块地震和内陆地震（赵根模等，2010）。例如，学术界认为从1956年开始沿印度洋一亚洲板块和洋板块边界的地震迁移触发了2008年的汶川地震，因此将该地震归为板块地震。内陆地
震则是发生在板块内部大陆的地震，通常而言，由于引起震源活动的应力和断层尺度相对板块地震而言较小，故通常内陆地震震级亦相对较小。
从广义的震源尺度，地震可理解为岩石圈、岩石或物质内部裂隙等活动而产生的一种地震信号，激发这种地震信号可以是板块间的拉升挤压、断层的相对运动、裂缝在局部应力下的错动或破裂、岩石内裂隙或孔隙的张开或闭合等，因此，根据激发地震震源尺度（从小到大），地震可分为声发射、微地震、有感地震、中等地震、大地震、特大地震等。通过图1-1可知，针对不同的地震对象，其震源类型亦差异极大，从微米级甚纳米级的孔隙/裂隙到几百公里级的大断裂带，其激发的地震震级亦从-12～9的范围，而激发地震^