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使用可变速度模型可提高洞穴应用中微震分析的准确性

开发了一个先进的三维射线追踪速度模型,以考虑到复杂的地质情况和不列颠哥伦比亚省一个块状洞穴矿在开凿过程中的空隙进展情况。实施改进的速度模型后,微震事件的位置误差减少了约50%,使矿区操作人员能够更可靠地跟踪洞穴的进展。

随着洞穴开采等散装采矿方法的经济性变得更有吸引力,这种操作也为采矿工程师带来了新的挑战。这些挑战中最重要的是缺乏进入洞穴前沿的通道。

微震监测提供了通常不可能进行目测的洞穴前沿的间接可视化,改善了洞穴评估和管理。事实证明,高分辨率的微震监测是了解洞穴生长和跟踪洞穴前沿随时间变化的最有效方法之一。

背景介绍

为了评估一个洞穴的进展,微震事件的定位和解释尽可能准确是至关重要的。事件定位的不准确往往可以追溯到使用了一个不适当的速度模型。一个单一的速度模型可以用来表示一个均匀的各向同性的材料,在这种情况下,所有的地震能量都会从震源向外传播,形成一个三维球形波前。这样的模型在许多硬岩和软岩矿区都显示出良好的效果,然而在许多情况下,要用分层速度模型来说明岩体中的不同地质层。使洞穴作业中的速度模型更加复杂的是,在传感器阵列的中心有一个巨大的空洞(洞穴)的存在和增长。空洞导致信号衰减和从地震源到周围传感器的旅行路径延长,进一步使简单的速度模型变得不那么有效。

ESG解决方案

ESG开发了一种三维射线追踪算法,以说明在洞穴作业中产生的空隙。这种三维算法可以说明空洞的体积随时间的变化,以及开采区及其周围具有不同性质和波速的任何重要的异质地质。三维射线追踪模型被应用于使用安装在位于BC省Kamloops以西8公里的New Gold New Afton区块采空作业中的57通道ESG监测系统收集的微震数据(图2)。

图3显示了一个地震波前沿在带有洞穴区的异质岩体中传播的例子。在这种情况下,该模型已被调整以考虑到洞穴区的影响以及整个矿区地质单元的差异。这些地质单元表现出的弹性特性,彼此之间的差异高达10%。如图3所示,观察到隔离线受到洞穴区(灰圈)以及边界不规则的不同地质域的显著影响。应用这种算法并在速度模型中修改洞穴的几何形状,可以显著提高地震事件的定位精度。对于这个校准爆炸的例子,发现该算法可以减少大约50%的位置误差。

图1:加拿大不列颠哥伦比亚省坎卢普斯附近的现场位置
图2:位置误差空间结果被绘制成浅蓝色的三维等值面(16米的位置误差),叠加在矿井上。传感器的位置显示为灰色圆柱体。
图3:横断面显示了从地震事件地点(星形符号)向外穿过岩体的等距时间的隔离线。可以看出,这些隔离线受到了洞穴区(灰色填充圈)的显著影响。不同颜色的区域代表五个不同的地质单元,这些单元之间的边界会影响隔离线,这也是速度和密度对比强烈的单元所预期的。