CN105093297A - 一种微地震定位精度的质量控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于自然灾害、资源、环境等勘探、勘测领域，特别涉及一种微地震定位精度的质量控制方法。本发明在于将微地震监测获得的震源位置坐标与测量点坐标进行位置标定，利用已知速度参数和地下空间结构信息得到两者间的走时，并进而对微地震信号数据进行NMO处理，得到校正后的道集排列。以叠加前各微地震事件的子波振幅为基准，标定叠加后子波的振幅值。两者基本一致表明叠加效果好，亦即地下微地震事件定位准确，反之说明定位精度较差。本发明技术方案定量地解决了微地震定位精度的质量控制问题。

Description

一种微地震定位精度的质量控制方法

技术领域

本发明属于自然灾害、资源、环境等勘探、勘测领域，特别涉及一种微地震定位精度的质量控制方法。

背景技术

微地震定位技术已经广泛应用于油气田开发、地热田开发、矿山安全监测、地震预防以及国防安全等领域，如水力压裂定位技术等。微地震定位技术的基本原理是根据布置在地面或井下的多个监测站点(或监测点)所安置的传感器采集的微地震时间序列信号，经过反演，获得发出震源信号的位置。反演技术存在众多方法，各种方法都有其优缺点，反演成果在不同的条件下具有很大的差别。在实际工作中，地质条件和人文环境千差万别，如何评价反演成果的好坏，特别是如何控制好反演成果的质量，在生产中是非常重要的一环。

微地震震源定位应用的重要领域是油气田开发过程中水力压裂的监测。为了评估水力压裂的质量，人们往往要在局部地质构造方面、岩石特征方面、局部地应力特点等诸多因素中综合分析和定性评价，然后给出合乎逻辑的评估。如果人们应用微地震方法对压裂进行监测，可以直观的给出压裂的裂缝高度、宽度和长度等参数，从而来评价水力压裂成果的质量。这些常规方法散见于以下文件资料：

王治中，邓金根，赵振峰等：“井下微地震裂缝监测设计及压裂效果评价”，载于《大庆石油地质与开发》2006年6期。

杜娟,杨树敏：“井间微地震监测技术现场应用效果分析”，载于《大庆石油地质与开发》2007年8月，第4期。

罗磷：“微地震监测水驱前缘应用效果分析”，载于《辽宁化工》2015年2期。

桂志先：“微地震裂缝监测技术研究”，百度文库.专业资料.自然科学.生物学。

王晨龙，程玖兵，尹陈，刘鸿：“地面与井中观测条件下的微地震干涉逆时定位算法”，《地球物理学报》2013年，第56卷第9期。

无疑，微地震方法评估水力压裂成果质量是成功的，但是，微地震方法技术应用过程中其本身的成果质量有何保障呢？答案是否定的。目前，由于人们对微地震定位精度和质量控制的研究非常薄弱。应用常规的所谓综合分析的方法定性评估压裂微地震监测效果的方法没有统一的标准，随意性很大。微地震压裂监测技术是用来确定微地震事件的位置，特别是监测水力压裂效果的技术，但它的成果质量没有标准。也就是说，评价体系本身的质量控制存在问题。到目前为止，现有技术中还不存在可以对微地震监测成果进行定量评估的方法。

近几年，人们已经注意到没有自身质量监控状态的微地震监测技术被应用到灾难程度。在油气田压裂监测、水驱前沿监测、矿井微震监测过程中，有众多微地震采集和数据处理队伍活跃其中，鱼目混珠，出现许多令人费解的解释成果。造成此种局面是因为没有质量控制，没有人知道检测的成果是否正确，或者这些成果还需时日待生产验证或综合分析。对此，人们急需一种微地震监测质量控制技术来控制和监视微震监测成果，从而保证微地震监测成果的质量。

发明内容

为了解决背景技术中存在的，微地震监测技术成果定量评估方法的缺失，也即微地震定位精度的定量评估方法的缺失，本发明提供了一种微地震定位精度的质量控制方法。

本发明所述微地震定位精度的质量控制方法包括如下步骤：

步骤一：获取一定反演时间段内的微地震监测数据；

步骤二：拾取该时间段内各监测点微地震事件子波的初至T_初至i，其中i为监测点数目；

步骤三：通过微地震监测获得的震源位置坐标，各监测点位置坐标，已知速度参数和地下空间结构参数计算子波从震源位置到各监测点的走时T_走时i；

步骤四：根据各监测点微地震事件子波的初至T_初至i和子波从震源位置到各监测点的走时T_走时i，对微地震监测信号数据进行NMO处理(零距离时间差校正)，得到校正后的的微地震道集排列；

步骤五：提取各道微地震子波振幅绝对值或子波能量，累加获得其和，记为S_叠前平均；

步骤六：将校正后各道微地震事件的时间序列叠加，获得叠加后的时间序列，提取叠加后子波振幅绝对值或子波能量，记为S_叠后平均；

S_叠前平均和S_叠后平均二者一致表明地下微地震事件定位准确，反之说明定位精度较差。

优选地，为了使得质量控制结果更可靠，本发明所述微地震定位精度的质量控制方法步骤一中所述时间段至少涵盖一个完整的微地震事件。

作为优选的实施方法，本发明步骤四中对微地震监测信号数据进行NMO处理可以通过以下方式实现：

A、将各监测点的微地震事件子波初T_初至i至减去其对应走时T_走时，获得各监测点各自对应的新初至T_新初至i，即T_新初至i＝T_走时i-T_走时i，其中i为监测点数目；

B、将各监测点微地震事件的子波迁移到其各自对应的新初至位置，得到校正后的微地震道集排列。

作为优选的实施方法，本发明步骤五通可以通过以下方式实现：

测定各微地震道子波振幅或能量的平均值S_叠前平均，通过

或得到S_叠前平均；

其中N为道数，M为时间样点数；

优选地，本发明步骤六包括：

应用如下公式将各地震道数据叠加，获得单道时间序列S_t；搜寻子波极值绝对值获得S_{叠后平均；}

或应用如下公式其中M为子波长度时间样点数，获得S_叠后平均。

优选地，本发明步骤七包括：

应用质量控制因子Qc，标定本微震数据位置反演的质量，即微地震定位精度质量；根据实测定位精度需要，可将低于质量控制因子预设值的反演结果剔除。

优选地，本发明步骤三中计算子波从震源位置到各监测点的走时T_走时i采用射线追踪方法或在可以满足精度情况下应用均匀介质假定，即采用均匀速度和直线距离计算法。

质量控制因子的大小直接反映了微地震定位的精度，每个微地震事件都具有自己的质量控制因子，当该因子较小时，可以认为微地震数据处理质量较差，从而从结果中剔除该定位结果，达到对微地震数据定位或称反演的质量控制目的。

本发明技术方案定量地解决了微地震定位精度的质量控制问题。

附图说明

图1为获取的水力压裂微地震事件Z分量地震数据图；

图中记录了应用了37个地面监测台站(或称监测点，如无特殊说明，本发明中监测点、监测台站，站台具有同一含义)和5个井下监测台站。

图2为图1所述数据经过本发明所述方法进行质量控制后的示意图；

图中子波对齐程度反映微地震定位精度。此图数据的Qc＝0.68。

图3为华北某地压裂监测获得射孔微地震时间记录图；

图中横轴为检波器编号，纵轴为时间(单位毫秒)。

图4为对图3数据定位反演结果经过本发明所述方法进行质量控制后的示意图；

图中可见子波基本对齐，Qc＝0.8988。

图5为应用快速逆时叠加算法得到的微地震定位反演成果图。

图6为对图5中数据采用本发明所述质量控制方法后获得的微地震定位反演成果；

其中，质量控制因子，Qc＝0.7。

具体实施方式

为了使本发明技术方案更容易理解，现结合附图采用具体实施例的方式，对本发明的技术方案进行清晰、完整的描述。应当注意，在此所述的实施例仅为本发明的部分实施例，而非本发明的全部实现方式，所述实施例只有示例性，其作用只在于为审查员及公众提供理解本发明内容更为直观明了的方式，而不是对本发明所述技术方案的限制。在不脱离本发明构思的前提下，所有本领域普通技术人员没有做出创造性劳动就能想到的其它实施方式，及其它对本发明技术方案的简单替换和各种变化，都属于本发明的保护范围。

数据准备：

1)微地震记录数据；

2)定位成果数据，即震源位置X、Y、Z和事件发生的大致时间；

3)反演工作中应用的速度资料；

4)记录各台站的几何测量坐标数据；

5)正演计算走时所需的其它资料，如地质和地形的资料等。

上述数据可以为各种微地震定位方法获得的数据。

工作流程：

1、按照反演所给出的各监测点微地震事件时间段数据，输入一定窗口长度的微地震记录数据，时间窗长度要足以涵盖事件经历的时间；

2、拾取该数据段各监测点微地震事件的初至；

3、应用反演成果获得的震源坐标X、Y、Z和各测量站点坐标相对关系、速度资料、空间结构等信息正演计算微地震子波从震源位置各台站的走时T_各站走时。正演计算必要时可应用射线追踪方法；

4、将各监测点的微地震事件的初至减去其对应走时，获得新的初至，即

T_新初至＝T_初至–T_各站走时

5、将各监测点微地震事件的子波迁移到其对应的T_新初至位置；

6、提取各道微地震子波振幅绝对值或子波能量，累加获得其和，记为S_叠前平均；

或从能量角度

其中N为道数，M为时间样点数；

7、将校正后各道微地震事件的时间序列叠加，获得叠加后的时间序列；

其中N为采集站道数；

8、对叠加后时间序列S_t中的微地震子波进行振幅搜寻，获得最大振幅S_max，记为

S_叠后平均＝|S_max|，或

利用能量公式：获得振幅能量值S_{叠后平均；}

9、应用质量控制因子Qc，

标定本微震数据位置反演的质量；

10、获得流程6、8中的S叠前平均和S叠后平均时，其应同时来自于最大值搜寻或者来自于能量公式计算；

11、如果存在多组微地震事件反演结果，依次重复1到10步骤，从而获得各个微震反演成果的质量控制评价因子；

12、设定一个质量监控门槛，亦即设定某一Qc值域，

Qc＝∪，

对于大于其值的微地震反演成果，标定为反演合格并通过，否则剔除该反演成果，达到质量监控的目的。

图1为应用37个地面测站和5个井下测站获得的压裂微地震Z分量数据。该数据地面部分主要包含P波地震能量，井下部分主要包含S波地震能量。根据测井资料和射孔地震记录获得P波速度为3950米/秒，S博速度为2450米/秒。应用逆时偏移叠加方法，我们获得微地震震源位置X，Y,Z，以及粗糙估算的相对本记录起始的发震时间T0和叠加能量大小E：X＝-9.1米，Y＝17.1米，Z＝-731.5米，T0＝69600秒，E＝2.523。

按照一般性微地震数据处理方法，上述数据可以作为成果输出。

如果存在一系列微地震事件，人们可以得到一系列的微地震事件发生的位置和时间数据，形成由不同时刻组成的空间分布的具有一定能量大小的阵列。该阵列反映了压裂过程中裂缝形成的过程，其走向、长度、高度轮廓可以解释为压裂裂缝的走向、缝长和缝高等几何参数。如何评价上述成果的质量，亦即反演的精度，人们始终没有定量的概念和评价方法。

按照本发明所述微地震定位精度的质量控制方法，将震源点位置参数与测量点位置参数、地震波速度和空间结构联系起来，正演算出各个测站对应震源位置的走时，进而将微地震记录由实际记录时刻减去各测站的走时，我们将发现各站记录的地震子波初至对齐程度反映了反演计算的震源位置准确度。我们可以应用一个对齐指标，也即质量控制因子Qc来反映对齐程度，实现质量控制的目的。

图2是对上述反演成果的Qc评价，Qc＝0.68，反映出反演的结果基本可用，也见微地震子波第一峰值也基本对齐。

图3华北某地压裂监测获得射孔微地震时间记录图；图中横轴为检波器编号，纵轴为时间(单位毫秒)。图中射孔记录所显示的地震波数据质量较高，子波能量强，干扰信号较弱。对上述射孔地震记录进行定位反演。首先拾取初至，然后应用射孔获得的速度参数进行逆时叠加定位反演。

反演的结果为：X＝-6米，Y＝27米，Z＝-746米。Qc＝0.8988(质量控制可信度因子)。

实际的射孔位置为：X＝-6米，Y＝28米，Z＝-744米。

可见反演的位置在水平方向相差仅仅1米，垂直方向相差2米。这样的反演精度对于微地震数据反演解释而言精度是足够的。

图4为对图3数据定位反演结果经过本发明所述方法进行质量控制后的示意图；

图中可见子波基本对齐，Qc等于0.8988也说明其能量和相位匹配也都达到了较好的程度。

对本口压裂井微地震数据应用快速逆时叠加技术进行了定位反演。图5是将压裂信号初至进行自动拾取后，再对数据进行反演，在不进行质量控制的情况下，获得的地下裂缝位置图像。图6是在进行质量监控情况下获得的裂缝位置图，其监控的可信度保持70％，亦即，当Qc大于0.7的情况下，该反演成果被认可，否则被滤除。毫无疑问，图6反映的结果基本是可信的，没有大的反演误差干扰，Qc大于0.7也意味着微地震子波信号基本对齐，叠加能量也较强。图5结果虽然并不能说很坏，只要将外围近边界处的震源位置进行人为删除也能达到解释目的，但是到底删除多少，删除的依据是什么？并没有量化的指标。本发明所述微地震数据反演定位中的质量控制方法，正好弥补了这一技术空白。

Claims (8)

1.一种微地震定位精度的质量控制方法，包括如下步骤：

步骤一：获取一定反演时间段内的微地震监测数据；

步骤二：拾取该时间段内各监测点微地震事件子波的初至T_初至i，其中i为监测点数目；

步骤三：通过微地震监测获得的震源位置坐标，各监测点位置坐标，已知速度参数和地下空间结构参数计算子波从震源位置到各监测点的走时T_走时i；

步骤四：根据各监测点微地震事件子波的初至T_初至i和子波从震源位置到各监测点的走时T_走时i，对微地震监测信号数据进行NMO处理和/或零距离时间差校正，得到校正后的微地震道集排列；

步骤五：提取各道微地震子波振幅绝对值或子波能量，累加获得其和，记为S_叠前平均；

步骤六：将校正后各道微地震事件的时间序列叠加，获得叠加后的时间序列，提取叠加后子波振幅绝对值或子波能量，记为S_叠后平均；

步骤七：定义质量控制因子，应用S_叠前平均归一化S_叠后平均，获得质量控制因子。

2.根据权利要求1所述的微地震定位精度的质量控制方法，其特征为，步骤一中所述时间段至少涵盖一个完整的微地震事件。

3.根据权利要求1所述的微地震定位精度的质量控制方法，其特征为，步骤四包括：

A、将各监测点的微地震事件子波初至T_初至i减去其对应走时T_走时，获得各监测点各自对应的新初至T_新初至i，即T_新初至i＝T_走时i-T_走时i，其中i为监测点数目；

B、将各监测点微地震事件的子波迁移到其各自对应的新初至位置，得到一系列校正后微地震道集。

4.根据权利要求1-3中任一权利要求所述的微地震定位精度的质量控制方法，其特征为，步骤五包括：

测定各微地震道子波振幅或能量的平均值S_叠前平均，通过

或得到S_叠前平均；

其中N为道数，M为时间样点数。

5.根据权利要求1-3中任一权利要求所述的微地震定位精度的质量控制方法，其特征为，步骤六包括：

应用如下公式将各地震道数据叠加，获得单道时间序列S_t；搜寻子波极值绝对值获得S_叠后平均，

或应用如下公式其中M为子波长度时间样点数，获得S_叠后平均。

6.根据权利要求4-5所述的微地震定位精度的质量控制方法，其特征为，还包括：

步骤七：应用质量控制因子Qc，标定本微震数据位置反演的质量，即微地震定位精度质量；根据实测定位精度需要，可将低于质量控制因子预设值的反演结果剔除。

7.根据权利要求1-5所述的微地震定位精度的质量控制方法，其特征为，步骤三中计算子波从震源位置到各监测点的走时T_走时i采用射线追踪方法。

8.根据权利要求1-5所述的微地震定位精度的质量控制方法，其特征为，步骤三中计算子波从震源位置到各监测点的走时T_走时i采用均匀速度和直线距离计算法。