微震监测技术

判断岩层稳定性的技术

微震监测技术的基本原理是通过传感器收集和采集由岩体破坏或者岩石破裂所发射出的地震波信号。对地震波信号进行处理分析，从而得到矿震发生的位置，震级大小，能量，地震矩等信息。利用系统所携带的软件，结合地震学原理对围岩的应力应变状态进行分析，从而判断岩层的稳定性。

技术介绍

随着矿山数字化，信息化的发展，微震监测技术在有岩爆或者冲击地压突出的矿山应用非常广泛，在国外，特别是北美，澳大利亚和南非等地区的深井矿山几乎都已经装备了微震监测系统。近年来，随着水平井技术和压裂技术的不断进步，页岩气的勘探开发热潮正在世界范围内蔓延。页岩气开发的核心是压裂技术，而压裂技术又离不开配套技术的发展，微地震监测技术给页岩气压裂指明了方向。

国外深井有岩爆倾向矿山的岩爆控制实践表明，虽然合理的矿山设计是控制岩爆的必要措施，但是，在矿山开采过程中开展岩爆监测则是岩爆的预测和控制的更重要的措施。目前国外深井开采岩爆监测的主要手段是矿山地震监测，已开发出全数字矿山地震监测系统并得到大量应用。

微震监测系统主要由传感器、数据采集系统、通信装置和时间同步装置、服务器和数据处理解释软件组成。

应用现状

基于微震监测的裂缝评价技术正发展成为油层压裂生产过程中直观而又可靠的技术。近几年来，国内众多油气田纷纷投入人力、物力和资金，积极开展该技术的应用与研究工作，广泛用于油气勘探开发工作。据了解，“十三五”期间，非常规油气藏将成为一个重要接替阵地，而微地震压裂检测技术是非常规油气藏勘探领域中的一项重要新技术。

随着我国矿山逐步过渡到深部开采，岩爆灾害也逐步显现，自2000年以后，国内一些大型矿山引进了国外的微震监测产品，在国内相关的大学和科研机构的参与下取得了很多的研究成果，为微震监测技术在中国普及做出了重要的贡献，但是也面临着产品价格昂贵和售后技术服务短缺的问题，因此国内一些研究机构和企业单位也纷纷加入到了微震产品研发领域，研发出了微震监测的软件硬件产品，也在部分的矿山进行了推广应用，取得了较好技术应用效果。

此外在岩石边坡、公路隧道、水利工程领域也出现了不少的微震监测技术应用案例。

研究与应用

在20世纪40年代，美国矿业局就开始提出应用微地震法来探测给地下矿井造成严重危害的冲击地压，但由于所需仪器价格昂贵且精度不高、监测结果不明显而未能引起人们的足够重视和推广。

近10年来，地球物理学的进展，特别是数字化地震监测技术的应用，为小范围内的、信号较微弱的微地震研究提供了必要的技术基础。为了验证和开发微地震监测技术在地下岩石工程(如地热水压致裂、水库大坝、石油、核废料处理等)中所具有的巨大潜力，国外一些公司的研究机构和大学联合，进行了一些重大工程应用实验。

1、美国

美国之所以成为目前世界上页岩油气开发的领跑者，就是因为它已经熟练掌握了利用地面、井下测斜仪与微地震检测技术相结合先进的裂缝综合诊断技术，可直接地测量因裂缝间距超过裂缝长度而造成的变形来表征所产生裂缝网络，评价压裂作业效果，实现页岩气藏管理的最佳化。该技术有以下优点：

(1)测量快速，方便现场应用；

(2)实时确定微地震事件的位置；

(3)确定裂缝的高度、长度、倾角及方位；

(4)具有噪音过滤能力。

2、英国

P.Young教授领导的KEELE大学应用地震实验室，主要从事岩石力学方面的微地震基础应用研究，主要分为3个方向：震源力学、微地震成像及岩石力学。

其主要研究目的是：揭示岩石在外界条件(如承载、温度、渗流压力等)变化时裂纹初始结晶、凝聚接合及其扩展的机理，研究岩石宏观损伤、破裂的监测技术。

位于加拿大金斯敦的工程地震组织的主要成员是出自P.Young教授的门下，该组织主要进行工程实际现场应用研究，研究方向为岩石地下工程微地震系统的构建、微地震信号采集、处理及分析，编制的软件可以实时进行微地震事件定位。

3、澳大利亚

随着经验的积累和技术手段的提高，初步证明微地震可在现场附近进行观测，并能对其进行比较精确的定量研究。微地震研究取得的良好效果，为采矿工作提供了大量有益信息，极大地激发了矿业公司投资进行此类监测及研究的积极性，到目前为止，澳大利亚联邦科学与工业研究院CISRO已完成15个矿的微震监测试验，积累了大量的现场经验，为微地震监测工作的广泛开展和进一步研究打下了良好基础。

4、南非

南非矿震研究院于南非在上世纪末期提出的“深部计划”这一背景下积极开展矿震监测的研究，南非由于主要开采的是黄金矿，开挖深度很深，出现了频繁的岩爆事故，因此通过微震监测技术实现岩爆灾害预警，保障了矿山作业人员的安全。

5、加拿大

国家原子能公司为监测深部开挖引发的大应力集中，防止其造成危害，采用了微地震监测技术，定量评定损伤程度，并监测所存放在地下的放射性核燃料扩散到周围地下水中的可能途径，以防造成污染。

该研究机构为了保证置放核燃料的地下结构的稳定性，在-420m水平开挖了一条直径3.5m、长46m的实验隧道，进行专门研究，称为地下实验室URL。其开挖围岩主要是低渗透性硬岩，研究的主要课题是地下坚硬围岩开挖引发的柱状隧道损伤。在传统的应力、应变监测的同时，进行了详细的微地震监测，使用了分布在开挖体周围的16个三分向加速度计，在一年的时间内记录并定位了大约10000个微地震事件。这是一项耗资巨大的科研工程，围绕这一项目得出了许多有价值的科研成果。重点内容是微震事件分布、能级、机理及其与岩石变形的关系，依据现场实测结果来建立和分析数学模型。

6、中国

在国内如中南大学、中国矿业大学、北京科技大学、中国石油大学、中国科技大学、中科院等重点科研机构率先进行了微震监测技术理论的研究，培养了一批微震监测技术应用人才，自2000年以后国内石油页岩气领域、矿山领域、岩土工程领域相关高校和支撑企业纷纷研制出了自主知识产权的微震软硬件系统，并在国内多个企业进行推广应用，逐步打破了国外微震监测产品的垄断，并建立了较好国内微震监测技术应用市场。

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