CN107843924A - 利用p波初动约束的震源定位与震源机制联合反演方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于微地震监测数据处理技术，公开了一种利用P波初动约束的震源定位与震源机制联合反演方法，该方法包括以下步骤：对震源位置空间和震源机制空间进行格点离散；对所有震源参数的格点进行搜索；利用震源机制对地震记录进行校正；对震源位置进行搜索；搜索结束后，输出震源参数结果。本发明针对地面微地震中双力偶震源参数反演，将震源定位与震源机制反演联合起来进行搜索求解，用震源机制对应的P波初动极性来校正地震记录约束震源定位，这样可以同时提高两者的反演精度。同时对定位搜索中的P波初动极性计算优化，大幅提升计算精度和计算效率。

Description

利用P波初动约束的震源定位与震源机制联合反演方法
技术领域
本发明属于水力压裂微地震监测数据处理技术，是一种在微地震地面监测方式中，利用P波初动约束联合反演震源位置与震源机制的方法。
背景技术
水力压裂微地震监测技术是页岩气和致密气等非常规储层开发过程中水力压裂裂缝监测的一种重要手段。通过微地震监测获得水力压裂裂缝空间展布形态，可以为井网部署和压裂方案优化提供重要参数。采用地面监测方式，可以比井中监测方式提供更好的观测角度，获得更高的定位精度。
但由于地表噪音干扰使得信号较为复杂，通过地面微地震监测方式获得资料的信噪比要比井中监测资料的信噪比低，有效信号初至很难准确拾取，对震源定位和震源机制反演精度影响较大。若采取先进行事件震源定位，再利用定位结果进行震源机制反演的方式，在定位精度有限的情况下，会将定位的误差带入到震源机制反演中，使得震源机制反演也存在较大误差。
采用地震记录叠加函数作为反演目标函数时，若微地震震源机制为双力偶型，其在地面上表现是P波初动极性呈四象限分布，即存在正负区域，若直接对地震记录进行叠加计算，则有可能正负信号相互抵消，使得叠加效果减弱。另外如果采用记录的绝对值进行叠加，则噪音部分也将转成正值，使得叠加结果噪音水平较高，不利于微地震事件识别。
发明内容
本发明是针对地面微地震监测中的震源参数反演，将震源定位与震源机制反演联合起来进行搜索求解，用震源机制校正地震记录约束震源定位，这样可以同时提高两者的反演精度。并且本发明进一步改进了叠加函数，并优化定位搜索中的P波初动符号计算方法，大幅提升计算精度和计算效率。
根据本发明的一个方面，提供一种利用P波初动约束的震源定位与震源机制联合反演方法，该方法包括以下步骤：
对震源位置空间和震源机制空间进行格点离散；
对所有震源参数的格点进行搜索；
利用震源机制对地震记录进行校正；
对震源位置进行搜索；
搜索结束后，输出震源参数结果。
进一步地，在利用震源机制对地震记录进行校正的步骤中，利用搜索得到的震源机制解，计算出对应各道检波点的P波初动极性，利用所得初动极性对地震记录进行校正，校正后进行叠加。
进一步地，校正地震记录叠加函数为：
式中SP,i为第i道P波初动极性，Ai(t-t0)为初至校正后的地震记录。
优选地，校正地震记录叠加函数为：
式中SP,i为第i道P波初动极性，Ai(t-t0)为初至校正后的地震记录。
进一步地，该方法包括对P波初动极性计算进行优化：
对于同一深度相同震源机制的一列震源格点，如果第一个震源格点的P波初动极性分布已知，则震源位置平移到下一个震源格点，则下一个震源的极性分布也同时平移相同距离。
进一步地，在对震源位置进行搜索的步骤中，对地震记录进行极性校正，然后计算地震记录叠加函数。
进一步地，将叠加函数最大对应解作为最优解，输出震源参数结果。
本发明针对地面微地震中双力偶震源参数反演，将震源定位与震源机制反演联合起来进行搜索求解，用震源机制对应的P波初动极性来校正地震记录约束震源定位，这样可以同时提高两者的反演精度。同时对定位搜索中的P波初动极性计算优化，大幅提升计算精度和计算效率。
附图说明
通过结合附图对本公开示例性实施方式进行更详细的描述，本公开的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本公开示例性实施方式中，相同的参考标号通常代表相同部件。
附图1显示了根据本发明实施例的方法流程图。
附图2显示了根据本发明实施例的四种叠加方式效果对比图。
附图3显示了根据本发明实施例的水平层状介质中震源位置与P波初动关系图。
附图4显示了根据本发明实施例的震源移动后P波初动变化示意图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的优选实施方式。虽然附图中显示了本公开的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本公开更加透彻和完整，并且能够将本公开的范围完整地传达给本领域的技术人员。
本公开提出了一种利用P波初动约束的震源定位与震源机制联合反演方法，该方法包括以下步骤：
对震源位置空间和震源机制空间进行格点离散；
对所有震源参数的格点进行搜索；
利用震源机制对地震记录进行校正；
对震源位置进行搜索；
搜索结束后，输出震源参数结果。
优选地，利用震源机制计算各检波点的P波初动极性对地震记录进行极性校正，对某个震源机制，算出对应各道的P波初动极性，利用初动极性对地震记录进行校正，校正后进行叠加。
优选地，校正地震记录叠加函数为：
式中SP,i为第i道P波初动极性，Ai(t-t0)为初至校正后的地震记录。
为便于理解本发明实施例的方案及其效果，以下给出一个具体应用示例。本领域技术人员应理解，该示例仅为了便于理解本发明，其任何具体细节并非意在以任何方式限制本发明。
具体地，首先利用声波测井等信息建立工区水平层状模型；然后对震源参数空间进行离散，包括震源位置和震源机制，然后对震源参数空间格点进行搜索，计算叠加函数，选择最大叠加函数对应的震源位置和震源机制为最佳的震源参数。
根据本发明的一个实施例，如图1所示，首先将震源位置空间和震源机制空间进行格点离散，然后对所有震源参数格点进行搜索，在搜索过程中，利用震源机制计算各检波点的P波初动极性对地震记录进行极性校正，再进行震源位置搜索，对地震记录进行初至校正，计算叠加函数。搜索结束后，叠加函数最大对应解即为最优解，选择最优解输出。
在地面微地震监测记录中，初至一般很难准确拾取，利用到时反演存在较大误差，一般采用记录叠加函数作为目标函数。
由于双力偶震源的P波初动呈四象限分布，地震记录叠加时有可能正负抵消，叠加后事件能量不能很好凸显。计算地震记录叠加函数采用下面公式：
其中Ai(t-t0)为初至校正后的地震记录。f(t)为地震记录叠加函数。
采用地震记录绝对值叠加则可能存在噪音水平同时提高的问题，地震记录绝对值叠加函数计算公式为：
利用P波初动极性对地震记录进行校正，可以很好避免直接叠加和绝对值叠加带来的问题。对某个震源机制，算出对应各道的P波初动极性，利用初动极性对地震记录进行校正，校正后进行叠加。校正地震记录叠加函数为：
式中SP,i为第i道P波初动极性(+/－)。
本发明采用将(2)式和(3)式相结合的记录叠加函数：
图2给出不同叠加方式获得的叠加函数。对比发现，本发明采用的叠加方式效果最好。其不但可以获得较好的叠加能量，还可以压制信号子波旁瓣。
优选地，该方法包括对P波初动极性计算进行优化。
在对震源定位进行格点搜索时，需要计算每个检波点的P波初动极性来对地震记录进行校正。如果对每个震源点都进行P波初动极性计算，计算量较大，影响反演效率。
本发明利用如图3所示原理来对震源定位时P波初动极性计算进行优化。对于同一深度相同震源机制的一列震源格点，如果第一个震源格点P波初动极性分布已知，震源位置平移到下一个震源格点，则下一个震源的极性分布也同时平移相同距离。这样只需计算第一个震源P波初动极性，其它格点的极性分布可以通过第一个震源格点的极性分布平移得到。
对于地面观测方式，如图4所示，P波初动极性呈四象限分布，当震源平移后，灰色区域极性将变化，只需将灰色区域检波点处的极性值变化即可。
以上已经描述了本公开的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。

Claims (7)

1.一种利用P波初动约束的震源定位与震源机制联合反演方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
对震源位置空间和震源机制空间进行格点离散；
对所有震源参数的格点进行搜索；
利用震源机制对地震记录进行校正；
对震源位置进行搜索；
搜索结束后，输出震源参数结果。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，其中在利用震源机制对地震记录进行校正的步骤中，利用搜索得到的震源机制解，计算出对应各道检波点的P波初动极性，利用所得初动极性对地震记录进行校正，校正后进行叠加。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，其中校正地震记录叠加函数为：
<mrow> <msub> <mi>f</mi> <mn>3</mn> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <mi>t</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>=</mo> <munderover> <mo>&amp;Sigma;</mo> <mrow> <mi>i</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn> </mrow> <msub> <mi>N</mi> <mi>r</mi> </msub> </munderover> <msub> <mi>S</mi> <mrow> <mi>P</mi> <mo>,</mo> <mi>i</mi> </mrow> </msub> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <msub> <mi>A</mi> <mi>i</mi> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <mi>t</mi> <mo>-</mo> <msub> <mi>t</mi> <mn>0</mn> </msub> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>
式中SP,i为第i道P波初动极性，Ai(t-t0)为初至校正后的地震记录。
4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，其中校正地震记录叠加函数为：
<mrow> <msub> <mi>f</mi> <mn>4</mn> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <mi>t</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>=</mo> <munderover> <mo>&amp;Sigma;</mo> <mrow> <mi>i</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn> </mrow> <msub> <mi>N</mi> <mi>r</mi> </msub> </munderover> <mo>&amp;lsqb;</mo> <msub> <mi>S</mi> <mrow> <mi>P</mi> <mo>,</mo> <mi>i</mi> </mrow> </msub> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <msub> <mi>A</mi> <mi>i</mi> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <mi>t</mi> <mo>-</mo> <msub> <mi>t</mi> <mn>0</mn> </msub> <mo>)</mo> </mrow> <mo>+</mo> <mo>|</mo> <msub> <mi>A</mi> <mi>i</mi> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <mi>t</mi> <mo>-</mo> <msub> <mi>t</mi> <mn>0</mn> </msub> <mo>)</mo> </mrow> <mo>|</mo> <mo>&amp;rsqb;</mo> </mrow>
式中SP,i为第i道P波初动极性，Ai(t-t0)为初至校正后的地震记录。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，进一步包括对P波初动极性计算进行优化：
对于同一深度相同震源机制的一列震源格点，如果第一个震源格点的P波初动极性分布已知，则震源位置平移到下一个震源格点，则下一个震源的极性分布也同时平移相同距离。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，在对震源位置进行搜索的步骤中，对地震记录进行极性校正，然后计算地震记录叠加函数。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，将叠加函数最大对应解作为最优解，输出震源参数结果。
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