CN103399300A

CN103399300A - 波包叠加微地震地面定位方法

Info

Publication number: CN103399300A
Application number: CN2013103305558A
Authority: CN
Inventors: 康亮; 尹陈; 刘鸿; 李亚林; 何光明; 巫芙蓉; 陈爱萍; 巫骏
Original assignee: Geophysical Prospecting Co of CNPC Chuanqing Drilling Engineering Co Ltd
Current assignee: China National Petroleum Corp; BGP Inc
Priority date: 2013-07-31
Filing date: 2013-07-31
Publication date: 2013-11-20
Anticipated expiration: 2033-07-31
Also published as: CN103399300B

Abstract

一种波包叠加微地震地面定位方法包括：（a）将模型分为多个网格，给出迭代次数和外包络叠加值的阈值；（b）选择检波器，计算指定的网格中的微地震事件到达各指定检波器的时间，进行时差校正；（c）对检波器的校正后信号求取均方根振幅，求外包络，将外包络相加得到外包络叠加道；（d）改变网格，计算新指定的网格中的检波器外包络叠加道，遍历所有网格，得到外包络叠加道集（e）在外包络叠加道集上拾取微地震事件，确定微地震位置；（f）计算拾取微地震事件的信噪比（g）重复步骤（b）至（f），直到满足迭代次数，得到多个微地震事件位置，统计每个位置出现次数占总次数的百分比；（h）将超出阈值的微地震事件确定为微地震有效事件。

Description

波包叠加微地震地面定位方法

技术领域

本发明涉及地球物理勘探微地震定位技术，更具体地讲，涉及一种基于多约束条件的波包叠加微地震地面定位方法。

背景技术

在微地震资料处理中，关键的步骤是要准确拾取微地震有效事件，最终的目的是要准确定位出微地震有效事件的位置，从而进行裂缝预测工作。井中微地震定位主要是通过拾取有效事件的初至波，利用初至时间进行反演来确定震源位置。然而，对于地面接收的微地震资料而言，有效信号的能量较弱，完全淹没在噪声之中，微地震剖面的信噪比极低，无法对微地震资料进行初至拾取。一般采用能量叠加定位方法，但是能量叠加一类的方法往往受到由检波点与震源点几何位置关系引起的极性反转、线性噪音、异常噪音等干扰，难以准确完成微地震事件的识别和定位。

发明内容

针对传统能量叠加定位方法在地面微地震资料的使用中出现的问题，本发明提出一种基于多约束条件的波包叠加的微地震地面定位方法，通过微地震记录均方根振幅外包络叠加的方式解决了由检波点与震源点几何位置关系引起的极性反转问题，并且引入了波包叠加道信噪比与统计方法等多约束条件，极大的提高了微地震地面监测事件识别和定位的精度。

提供一种波包叠加微地震地面定位方法，所述方法包括：（a）将地下模型划分为多个网格，并给出计算循环迭代次数和外包络叠加值的阈值；（b）在所述多个网格中指定一个网格，随机选择一组检波器，计算所述指定的网格中的微地震事件到达所述一组检波器中的各个检波器的到达时间，根据到达时间对于每个检波器信号进行时差校正；（c）对选择的所述一组检波器的时差校正后的信号求取均方根振幅，对求取了均方根振幅后的信号求外包络，将外包络相加得到外包络叠加道；（d）改变指定的网格，按照上述步骤（b）和步骤（c）计算新指定的网格中的检波器的信号的外包络叠加道，遍历所有网格，得到地下模型中所有网格的外包络叠加道集；（e）根据预定长度的时窗，沿时间方向扫描所有网格的外包络叠加道集，根据外包络叠加值的阈值拾取微地震事件，其中，在所述时窗内，沿网格方向扫描确定微地震事件发生位置；（f）计算拾取的微地震事件的信噪比；（g）重复步骤（b）至步骤（f）的操作，直到满足所述计算循环迭代次数，得到多个微地震事件位置，统计每个微地震事件位置出现次数占总次数的百分比；（h）针对信噪比和百分比分别设置阈值，对微地震事件定位结果进行过滤，将超出信噪比的阈值和百分比的阈值的微地震事件确定为微地震有效事件。

地下模型的范围是整个待检测区或微地震激发点的周围区域。

所述一组检波器的数量小于或等于地震道的数量。

在步骤（b）中，在所述一组检波器中选择参考检波器，依次计算所述一组检波器中其它检波器相对参考检波器的微地震事件到达时差，将所述一组检波器中其它检波器相对参考检波器的微地震事件到达时差与微地震事件到达参考检波器的到达时间相加，得到所述指定的网格中的微地震事件到达所述一组检波器中的各个检波器的到达时间。

微地震地面定位精度越高，则网格划分越小。

附图说明

通过结合附图，从下面的实施例的描述中，本发明这些和/或其它方面及优点将会变得清楚，并且更易于理解，其中：

图1是示出根据本发明实施例的基于多约束条件的波包叠加微地震地面定位方法的流程图。

具体实施方式

以下参照附图来详细描述本发明的实施例。

波包叠加微地震地面定位方法的原始数据为：采样点数为n且地震道数量为m的微地震资料S_g(i,j)，其中，i=1、2、……m，j=1、2、……n。

参照图1，在步骤101，根据工区情况采用预定大小的网格将地下模型网格化（即，将地下模型网划分为多个网格，每个网格具有预定大小），并给出计算循环迭代次数α和外包络叠加值的阈值。模型网格化后，假定每个网格中心都存在微地震事件（有效波）。

在实际操作中，根据具体情况，可选择具体的模型范围(可以是整个工区（待检测区），也可以是射孔点（微地震激发点）的周围区域)，将确定的模型根据定位精度进行网格化。所需定位精度越高，则网格划分越小；循环迭代次数α越小，则计算耗时越短，计算精度越低，循环迭代次数α越大，则计算耗时越长，计算精度越高。

在步骤102，在所述多个网格中指定一个网格(坐标为x_k，y_k，z_k），随机选择数量为m_random（m_random≤m）的一组检波器，计算所述指定的网格中的微地震事件到达所述一组检波器中的各个检波器的到达时间，根据到达时间对于每个检波器信号进行时差校正。

具体地，在所述一组检波器中选择参考检波器(坐标为x_l，y_l，z_l），依次计算所述一组检波器中其它检波器相对参考检波器的微地震事件到达时差。假设参考检波器在微地震记录中的到达时间为T₀，可依次计算微地震事件到达其它检波器检波器（坐标为x_i，y_i，z_i）的到达时间。

即，

\sqrt{{(x_{i} {- x}_{k})}^{2} + {(y_{i} - y_{k})}^{2} + {(z_{i} - z_{k})}^{2}} - \sqrt{{(x_{l} - x_{k})}^{2} + {(y_{l} - y_{k})}^{2} + {(z_{l} - z_{k})}^{2}} = v_{p} ΔT

其中，v_p是纵波在地下模型中的传播速度。

则当前对比检波器的微地震事件到达时间为T₀+ΔT。因此，将所述一组检波器中其它检波器相对参考检波器的微地震事件到达时差与微地震事件到达参考检波器的到达时间相加，得到所述一个网格中的微地震事件到达所述一组检波器中的各个检波器的到达时间。

在步骤103，对选择的所述一组检波器的时差校正后的信号求取均方根振幅，对求取了均方根振幅后的信号求外包络，将外包络相加得到外包络叠加道

同时可记录对应的T₀时间。

均方根振幅可被表示为：

RMS = \sqrt{(x_{1}^{2} + x_{2}^{2} + . . . + x_{n_{tw}}^{2}) / n_{tw}}

其中，RMS为均方根振幅，x为检波器上的振幅值，n_tw为时窗长度（时窗采样点数）。

外包络叠加道可被表示为：

F_{T_{0}} = {(Σ_{i = 1}^{m} f_{i, t_{i}})}^{2},

f_{{i, t}_{i}} = {signal}_{{i, t}_{i}} + {nosie}_{{i, t}_{i}}

其中，i表示地震道下标号，j表示采样点下标号，表示微地震记录均方根振幅的外包络线值，

表示有效信号均方根振幅的外包络线值，

表示噪声均方根振幅的外包络线值。F表示所述指定的网格中的微地震事件所对应的各个检波器信号外包络叠加值。

接着，在步骤104，改变指定的网格，按上述步骤102-103计算新指定的网格中的检波器的信号的外包络叠加道，遍历所有网格，得到地下模型中所有网格的外包络叠道集。

然后，在步骤105，根据预定长度的时窗，沿时间方向扫描所有网格的外包络叠加道集，根据外包络叠加值的阈值拾取微地震事件，其中，在所述时窗内，沿网格方向扫描确定微地震事件发生位置。

然后，在步骤106，并计算拾取的微地震事件的信噪比（SNR）。

SNR可被表示为：

SNR=RMS_lta/RMS_sta

其中，SNR为微地震事件的信噪比，RMS_sta为前时窗均方根振幅（即，代表平均噪声能量），RMS_lta为后时窗均方根振幅（即，代表微地震有效信号能量）。

随后，在步骤107，重复步骤102至步骤106的操作，直到满足迭代次数α，得到β（β≤α）个微地震事件位置，统计每个微地震事件位置出现次数占总次数的百分比SCALE。

接着，在步骤108，针对SNR和SCALE等约束条件分别设置阈值，对微地震事件定位结果进行过滤，将超出SNR的阈值和SCALE的阈值的微地震事件确定为微地震有效事件。

根据本发明，基于多约束条件的波包叠加的微地震地面定位方法采用均方根外包络叠加的方式，避免由于微地震资料极性反转带来的能量叠加不准确的问题，因此避免了传统微地震定位方法无法处理极性反转、对资料信噪比要求较高等不足；无需对微地震资料进行初至拾取，并且在资料信噪比较低的情况下也可以得到较准确的定位结果；引入统计学方法提高了微地震事件识别和定位精度，避免了传统定位技术当中事件识别和定位精度难以鉴别的不足，能够满足工业化生产的需求。本发明对于信噪比较低的微地震地面资料震源定位具有广阔的应用前景，例如，可实现水力压裂微地震裂缝发育状况的地面监测，为水力压裂微地震监测提供低成本的服务。

虽然本发明是参照其示例性的实施例被具体描述和显示的，但是本领域的普通技术人员应该理解，在不脱离由权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，可以对其进行形式和细节的各种改变。

Claims

1.一种波包叠加微地震地面定位方法，包括：

（a）将地下模型划分为多个网格，并给出计算循环迭代次数和外包络叠加值的阈值；

（b）在所述多个网格中指定一个网格，随机选择一组检波器，计算所述指定的网格中的微地震事件到达所述一组检波器中的各个检波器的到达时间，根据到达时间对于每个检波器信号进行时差校正；

（c）对选择的所述一组检波器的时差校正后的信号求取均方根振幅，对求取了均方根振幅后的信号求外包络，将外包络相加得到外包络叠加道；

（d）改变指定的网格，按照步骤（b）和步骤（c）计算新指定的网格中的检波器的信号的外包络叠加道，遍历所有网格，得到地下模型中所有网格的外包络叠加道集；

（e）根据预定长度的时窗，沿时间方向扫描所有网格的外包络叠加道集，根据外包络叠加值的阈值拾取微地震事件，其中，在所述时窗内，沿网格方向扫描确定微地震事件发生位置；

（f）计算拾取的微地震事件的信噪比；

（g）重复步骤（b）至步骤（f）的操作，直到满足所述计算循环迭代次数，得到多个微地震事件位置，统计每个微地震事件位置出现次数占总次数的百分比；

（h）针对信噪比和百分比分别设置阈值，对微地震事件定位结果进行过滤，将超出信噪比的阈值和百分比的阈值的微地震事件确定为微地震有效事件。

2.根据权利要求1所述的波包叠加微地震地面定位方法，其中，地下模型的范围是整个待检测区或微地震激发点的周围区域。

3.根据权利要求1所述的波包叠加微地震地面定位方法，其中，所述一组检波器的数量小于或等于地震道的数量。

4.根据权利要求1所述的波包叠加微地震地面定位方法，其中，在步骤（b）中，在所述一组检波器中选择参考检波器，依次计算所述一组检波器中其它检波器相对参考检波器的微地震事件到达时差，将所述一组检波器中其它检波器相对参考检波器的微地震事件到达时差与微地震事件到达参考检波器的到达时间相加，得到所述指定的网格中的微地震事件到达所述一组检波器中的各个检波器的到达时间。

5.根据权利要求1所述的波包叠加微地震地面定位方法，其中，微地震地面定位精度越高，则网格划分越小。