地震科普｜工程師的“透視眼”——微地震監測技術

微地震是什么“震”？

微地震是巖體內因應力場變化導致巖石破裂而產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，它是在生產過程中自然發生，具有能量小、持續時間短等特點。地下巖體破裂產生的聲發射現象稱為微地震事件。

(資料圖片)

微地震監測技術是一種地球物理檢測技術，其主要手段是對生產活動中產生的微小地震事件，進行數據的采集，并加以觀測和分析，并對所得數據及結論進行記錄，對微小地震事件對生產活動的干擾、效力及巖體保持穩態的預測。其基礎是聲發射學和地震學。

微地震監測技術運用的技術方法很多，但基本流程大致相同，主要包括數據采集、處理和反演定位等幾個關鍵步驟。系統監測微地震的三要素是監測活動的首要任務，他們包括震源的位置、發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活動所產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，然后應用這些參數對生產活動進行監控或指導。

微地震監測技術運用什么原理？在巖體斷裂的斷面或者變形的表面微地震事件多有發生，這是出于應力集中現象，在生產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在巖體中的裂縫周圍，這些裂縫可以是本身存在的或新產生的，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生局部的逆向屈服以及發生形變，導致裂縫會向物體內部不斷延伸，此時應力松弛伴隨向外界以彈性波的形式向外輻射能量，這種現象便是微地震現象。這些波的頻率一般在200~1500Hz范圍內，一般持續時間較短低于15s。

監測系統通過對原有裂縫缺陷部分和新產生的裂縫區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生裂縫的變形位置以及具體形式和尺寸。經過不斷地積累數據，形成數據庫，根據經驗可知：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。

利用統計學原理分析，可得出微地震事件的時間和空間相關信息，通過這些經驗就可以對巖體區域穩定性給出一個較為合理的綜合評價。

微地震監測技術的應用有哪些？在生產活動中經常會產生一些微小地震事件，例如在地下礦井深部開采過程中發生巖石破裂和地震活動，常常是不可避免的現象。通過微地震監測技術監測巖石破裂和地震活動，便可以評估出小地震事件對生產活動產生的影響，由于其為物理監測技術相應的也可以監測到地下洞室圍巖的穩定狀態。

隨著生產需要的不斷演進，以及對頁巖氣、非常規油氣開采以及各類新興能源開采的深入研究，微地震監測技術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、發展趨勢的判斷依據。

現如今，

微地震監測技術已成為一項

應用十分廣泛的地球物理探測技術。

該技術讓工程師有了“透視眼”，

可以每時每刻密切監視著巖體破裂過程，

為礦山安全開采、隧道挖掘、

頁巖氣等新興能源的安全開發

保駕護航。

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