CN103076634A - 一种利用微地震进行震源机制分析的方法 - Google Patents

Abstract

本发明是有关于一种利用微地震进行震源机制分析的方法，包括：在同一监测区不同位置设置多个地震记录仪进行监测；选择具有很强相关性的地震信号记录片段进行处理；指定波形相对清晰的记录做指定道，将其它记录道与指定道做互相关处理，得出绝对值最大的相关系数位置，以此得出其它记录道与指定道的时差；时间偏移，将最大相关系数为正的其它记录叠加到指定道上；叠加后显示地震波形的，多次偏移和叠加得出多数道清晰波形；依据最大相关系数的正负把记录分为两组，指定记录道分在相关系数为正的一组，依据两种符号做出震源机制。本发明可以大幅度提高微地震解释质量，为人工压裂裂缝检测结果的可靠性提供依据。

Description

一种利用微地震进行震源机制分析的方法

技术领域

本发明涉及微地震监测技术领域，特别是涉及一种利用地面微地震进行震源机制分析的方法。

背景技术

在非常规油气开采过程中，均需要使用微地震技术监测压裂、注水施工过程，以解释压裂裂缝方向、形态，注水前缘分布、波及区。微地震通常是指-1至-5级地震，震级微小，能量弱，信号分辨难度大。通过震源机制分析可以大幅度提高微地震解释质量，例如：判断压裂、注水效果，区别压裂有效裂缝、无效裂缝及其方向。现有技术中，井下微地震监测可以得到清晰的S波记录，震源机制分析较为易行；但其施工难度大，费用高，使用机会少。油田工程性监测通常使用地面微地震监测，地面微地震监测通常难以得到原生S波记录，仅得到P波记录，且清晰度差。依据P波记录做震源机制分析时，一般要分辨出P波初动符号，即使较大的地震，分辨初动符号也存在很大的错误几率，地面记录到的微地震就更难分辨出可靠的初动符号。

由此可见，现有方法在地面微地震震源机制分析中存在着明显的不足和缺陷，亟待进一步改进，如何创设一种全新的，用地面微地震记录做出震源机制分析的方法，使其大幅度提高微地震解释质量，为人工压裂裂缝监测结果的可靠性提供依据，解决由监测资料本身验证人工裂缝监测结果的难题，实属当前研发的重要课题之一。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用微地震进行震源机制分析的方法，使其可以大幅度提高微地震解释质量，为人工压裂裂缝检测结果的可靠性提供依据，解决由监测资料本身验证人工裂缝监测结果的难题，从而克服现有技术的不足。

为解决上述技术问题，本发明提供一种利用微地震进行震源机制分析的方法，包括以下步骤：

A、在同一监测区不同位置设置多个地震记录仪进行监测，每个地震记录仪形成一个地震信号记录；

B、在监测到的记录中，选择具有很强相关性的地震信号记录片段进行处理；

C、指定波形相对清晰的记录做指定道，将其它记录道与指定道做互相关处理，得出绝对值最大的相关系数位置，以此得出其它记录道与指定道的时差；

D、依据得到的时差做时间偏移，使各记录道在时间上对齐，将最大相关系数为正的其它记录叠加到指定道上；

E1、叠加后显示地震波形的，多次重复步骤C进行偏移和叠加，得出多数道清晰波形，则判断该片断的微地震信号满足做震源机制的要求，继续步骤F；

E2、叠加后不能显示地震波形，或者多次偏移、叠加后不能做出多数道清晰波形，则判断该片断没有合格的微地震信号，并返回步骤B；

F、依据最大相关系数的正负把记录分为两组，指定记录道分在相关系数为正的一组，依据两种符号做出震源机制。

作为本发明的进一步改进，所述的步骤A中在同一监测区不同位置设置12个以上地震记录仪。

所述步骤A中所述的地震记录仪输入噪音低于1.5微伏。

所述步骤C中，所述的时差为做互相关时，由其它记录道相对指定道的移动的量值得出；所述的相关系数的计算公式为：

R(n)=（1/N）∑[x(m)y(m+n)]

其中，R(n)为相关系数，m∈[0,N-1],N为一个地震波形长度，n为记录在时间轴的移动数值，m、n的采样率为1000次/秒，通过连续改变n的值找到绝对值最大的相关系数R(n)。

采用以上设计后，本发明与现有技术比较有以下有益效果：

1、本发明提出的地面微地震震源机制分析方法可以大幅度提高微地震解释质量，如判断压裂、注水效果：震源机制以张性地震为主时，压裂形成新裂缝，压裂效果偏好；震源机制以剪切性地震为主时，压裂裂缝沿着旧有裂缝，压裂效果偏差。注水过程则恰好与上述过程相反，以剪切性地震为主时，注水沿着旧缝，效果较好。地面微地震震源机制分析方法还可以用来区别压裂有效裂缝、无效裂缝及其方向：有效裂缝通常以张性地震居多。

2、由于震源机制结果不依赖于速度模型，只与台站相对震源的位置有关，震源机制的一个节面方向与压裂裂缝方向一致，为人工压裂裂缝监测结果的可靠性提供了依据，解决了由监测资料本身验证人工裂缝监测结果的难题。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

上述仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明，以下结合附图与具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

图1是本发明利用微地震进行震源机制分析的方法流程图。

图2是剪切型震源机制原理图。

图3是张性震源机制原理图。

图4是在某油田压裂记录得到的一组微地震波形图。

图5是通过本发明的相关分析给出的图4微地震波形时序、时差图。

图6是通过本发明时间偏移、叠加后的微地震波形。

图7是通过由最大相关系数的正负号给出的到时符号分组。

图8本发明震源机制分析图例。

图9通过本发明微地震监测得出的某油田人工裂缝方向平面俯视图。

具体实施方式

本发明是一种利用微地震进行震源机制分析的方法，请参阅图1所示，其步骤包括：

第一步，在期望做出地震机制的地面微地震监测区通常使用12个以上地震记录仪，布置在监测区不同位置上，用于记录油田压裂、注水时的微地震。每个地震记录仪形成一个地震信号记录。记录时，要求记录仪器输入噪音低于1.5微伏，使用北京科若思技术开发股份有限公司研制的LFSJ-Ⅴ微地震记录仪可以实现监测需求，该仪器采样位32位，采样率1000次/秒，95%以上时间段仪器输入端噪音小于1.5微伏，有很高的信噪比。

第二步，请配合参阅图4所示，在同一震源检测区的不同位置的地震台上记录到的同一地震的信号，具有完全相近的幅频特性，是有很强相关性的数列；只是震源距不同，到时不同。因此，在不同位置监测到的信号中，针对地震信号特有的波形、频谱特征，如：信号前缘升起、后缘衰减、波形包络、拐角频率、幅频异常等特征，由计算机连续搜索、优选符合上述特征的片段，若一道的上述特征与其它道有很强的相关性，则做进一步的地震信号处理。

第三步，请配合参阅图5所示，选定一个波形相对清楚的记录做指定道，将其它记录道与指定道做互相关处理，得出绝对值最大的相关系数位置，据此得出其它记录道与指定道的时差。

其中，其它道在时间轴上前、后移动，使相关系数的绝对值最大，移动范围可以根据台站分布可能出现的最大时差确定。相关系数的计算公式为：

R(n)=（1/N）∑[x(m)y(m+n)]

其中，R(n)是相关系数，对m的求和限从零至一个微地震波形长度N，m从0到N-1变化。n是记录在时间轴的移动数值，m、n的采样率为1000次/秒，即n变化1，时间改变1毫秒。连续改变n的数值，就可以找到绝对值最大的相关系数。各道间时差可由其它道相对指定道的移动的量值n给出。

第四步，依据得到的时差做时间偏移，使各道在时间上对齐，将做过时间偏移的其它记录道叠加到指定道上。微地震初动分成为正号（初震动向上）、为负号（初震动向下）二类；二者的震相相差180度。把最大相关系数为正的其它道的地震记录根据上一步得到的时差做时间偏移，叠加到指定道上，震动信号会得到增强。地震是断层、裂缝二盘相对移动的结果，在断层、裂缝移动的前方，地震初动振幅向上，初动符号为正号；在断层、裂缝移动的后方，地震初动振幅向下，初动符号为负号；同种符号的记录做互相关，最大相关系数为正；否则为负。

第五步，检视经偏移叠加的记录是否显示地震波形，如果有波形，则依据第三步得到的时差做其它道的相关、偏移、叠加，经过多次叠加后其它道也应该显示出清晰波形。请配合参阅图6所示，如果多数道显示出清晰的波形，该记录片断有合格的微地震信号。请配合参阅图7所示，将显示清晰波形的微地震记录，分成最大相关系数为正、为负二组，指定道分在最大相关系数为正一组。进而，请配合参阅图8所示，依据记录二类符号的地震台站相对震源的位置做出震源机制。三维震源机制图形可由计算机直接完成。

叠加后不能显示地震波形，或者再次叠加后不能显示清晰波形，则判断为没有合格的微地震信号，并返回第二步重新分析。

请参阅图2所示，剪切型地震原理图，依据地震的弹性回跳理论，断层的二个面发生近水平错动，由二个过震源的、彼此垂直的节面切分震源上半球在水平面的投影为四个空间：二个对角的空间内符号相同，二个相邻的空间内符号相反，其中一个节面是断层面，即裂缝走向。

张性地震有三种机制，宏观地震的张性地震是断层的一个面发生下倾滑动，其球面震源机制也是剪切型的；油田压裂、注水形成的张性地震则是真正的裂缝张开，形成张性震源，由张性震源排列表示的裂缝是压裂裂缝的主缝；爆破、射孔、火烧油层时的岩爆震源也表现为张性震源。

请参阅图3所示，张性地震原理图，张性震源机制为，近井地区为一种符号，远井地区是另外一种符号；二条可以把近井地区、远井地区分开的封闭曲线是它的节面，这二条曲线可以由乌尔夫网作图方法由计算机直接做出，二条曲线相交点的连线方向就是该震源的裂缝方向。

野外真实地震，通常只有张性地震、剪切性地震二种机制，二种震源机制的地震初动符号分布差异明显。因此，只要把地震记录初动分成二种符号，就可以区别、做出二种机制，而不必弄清二组符号谁是正、负。做震源机制的二条曲线用乌尔夫网作图方法由计算机直接做出。

请参阅图4所示，该记录来自于某油田压裂井，用我们的微地震监测系统记到清晰的微地震波形图，用虚线标出的框图内就是我们选定的片断。

请参阅图5所示，经过相关分析，给出各记录道间的时差与时序，由竖直短线标出互相关得到最大值位置，二条竖直短线间的距离给出任意二道间的时差。

请参阅图6所示，经过时间偏移及叠加给出的处理后的波形，有12道波形清晰、可辨。

请参阅图7所示，依据最大相关系数的正负号把微地震初至符号分成二组。图中正、负只是表示该记录与指定道的最大相关系数为正、或负，与指定道具有相同、或相反的初动符号；没有初动为正、或为负的意义。

请参阅图8所示，震源机制分析图，图中标出正、负号的位置为监测台站位置；二条偏细曲线是二个节面在平面上的投影，连接二个交点的偏粗曲线是该地震的裂缝方向；该地震明显是张性机制。

请参阅图9所示，由微地震监测得出的该井的人工裂缝方向平面视图，裂缝方向由微地震震源排列表示，由箭头指示的点就是做出震源机制的的震源点，该点处于北西40度方向裂缝簇中。

震源机制给出的裂缝方向与地面微地震监测给出的该支人工裂缝方向一致，北西40度方向裂缝是有效裂缝，由监测中记录的微地震震源机制结果直接证实了所给人工裂缝方向的可靠性；震源机制是张性的，可判断压裂裂缝沿着新裂缝发生，效果较好。

微地震震源机制结果的实际应用及效果，震源机制分析可以大幅度提高微地震解释质量，如：判断压裂、注水效果，区别压裂有效裂缝、无效裂缝及其方向。请参阅图4，图5所示，我们在某油田压裂井记到清晰的微地震波形，做出震源机制。由于震源机制结果不依赖于速度模型，只与台站相对震源的位置有关，震源机制的二个节面的交点连线与该段压裂裂缝方向一致，为人工压裂裂缝监测结果的可靠性提供了依据，解决了由监测资料本身验证人工裂缝监测结果的难题。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，本领域技术人员利用上述揭示的技术内容做出些许简单修改、等同变化或修饰，均落在本发明的保护范围内。

Claims (4)

1.一种利用微地震进行震源机制分析的方法，其特征在于包括以下步骤：

A、在同一监测区不同位置设置多个地震记录仪进行监测，每个地震记录仪形成一个地震信号记录；

B、在监测到的记录中，选择具有很强相关性的地震信号记录片段进行处理；

C、指定波形相对清晰的记录做指定道，将其它记录道与指定道做互相关处理，得出绝对值最大的相关系数位置，以此得出其它记录道与指定道的时差；

D、依据得到的时差做时间偏移，使各记录道在时间上对齐，将最大相关系数为正的其它记录叠加到指定道上；

E1、叠加后显示地震波形的，多次重复步骤C进行偏移和叠加，得出多数道清晰波形，则判断该片断的微地震信号满足做震源机制的要求，继续步骤F；

E2、叠加后不能显示地震波形，或者多次偏移、叠加后不能做出多数道清晰波形，则判断该片断没有合格的微地震信号，并返回步骤B；

F、依据最大相关系数的正负把记录分为两组，指定记录道分在相关系数为正的一组，依据两种符号做出震源机制。

2.根据权利要求1所述的利用微地震进行震源机制分析的方法，其特征在于：

所述的步骤A中在同一监测区不同位置设置12个以上地震记录仪。

3.根据权利要求1所述的利用微地震进行震源机制分析的方法，其特征在于：

所述步骤A中所述的地震记录仪输入噪音低于1.5微伏。

4.根据权利要求1所述的利用微地震进行震源机制分析的方法，其特征在于：

所述步骤C中，所述的时差为做互相关时，由其它记录道相对指定道的移动的量值得出；所述的相关系数的计算公式为：

R(n)=（1/N）∑[x(m)y(m+n)]

其中，R(n)为相关系数，m∈[0,N-1],N为一个地震波形长度，n为记录在时间轴的移动数值，m、n的采样率为1000次/秒，通过连续改变n的值找到绝对值最大的相关系数R(n)。

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