CN109188515B - 微地震监测裂缝震源点位置计算方法及系统 - Google Patents

微地震监测裂缝震源点位置计算方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种微地震监测裂缝震源点位置计算方法及系统，包括：步骤1，获取频率域的观测微地震波形；步骤2，对单元网格体元，获取每个微地震波形的理论旅行时间；步骤3，按照每个微地震波形的理论旅行时间对波形进行偏移；步骤4，计算偏移后所选的波形频段频率域振幅谱相似度和相位谱相似度的联合相似度，并计算相似度最小值对应的微地震波形的单元网格位置；步骤5，通过快速网格搜索算法迭代计算震源点位置。该微地震监测裂缝震源点位置计算方法及系统解决了现有技术中在时域里进行震源点位置计算时存在的计算速度慢、结果精度差、可靠性低的技术问题，使得计算结果的稳健性对噪音干扰不敏感，提高了反演结果的可靠性。

Description

微地震监测裂缝震源点位置计算方法及系统
技术领域
本发明涉及微地震监测技术领域，特别是涉及到一种微地震监测裂缝震源点位置计算方法及系统。
背景技术
微地震监测是了解非常规油气储层水力压裂效果的重要手段，震源点位置计算是预测岩体破裂的基础。根据微地震监测处理高精度的微地震位置，从而预测人工压裂裂缝的发展趋势及区域，对压裂施工效果进行跟踪及评判，同时也为后期油气藏的开采和开发提供技术指导。
微地震震源点计算现有技术中有许多种方法，通常采用在时域里根据残时差进行反演，要求获取高质量的单分量或三分量记录，但是由于噪音、不精确的速度模型和不合理的检波器布设等因素的影响，大量微地震事件虽然能被检波器记录到，却由于信噪比低而无法计算微地震的震源点位置，并使得微地震震源点计算结果的可靠度较低。为此我们发明了一种新的微地震监测裂缝震源点位置计算方法及系统，解决了以上技术问题。
发明内容
本发明提供了一种微地震监测裂缝震源点位置计算方法及系统，以解决现有技术中在时域里进行震源点位置计算时存在的计算速度慢、结果精度差、可靠性低的技术问题。
本发明的目的可通过如下技术措施来实现：微地震监测裂缝震源点位置计算方法，该微地震监测裂缝震源点位置计算方法包括：步骤1，获取频率域的观测微地震波形；步骤2，对单元网格体元，获取每个微地震波形的理论旅行时间；步骤3，按照每个微地震波形的理论旅行时间对波形进行偏移；步骤4，计算偏移后所选的波形频段频率域振幅谱相似度和相位谱相似度的联合相似度，并计算相似度最小值对应的微地震波形的单元网格位置；步骤5，通过快速网格搜索算法迭代计算震源点位置。
本发明的目的还可通过如下技术措施来实现：
在步骤1中，在所述观测微地震波形中选取信噪比大于预设值的波形频段，所述观测微地震波形是通过传感器记录得到的，所述频率域的观测微地震波形是通过快速傅立叶变换获取的，所述信噪比预设值范围为1.70～1.78。
在步骤4中，通过以下公式计算所述频率域振幅谱相似度：
Figure BDA0001849168790000021
其中，ssamp(f)是所述频率域振幅谱相似度；ampf(τ)是所选的波形频段在τ点的振幅；F是频率最大值，单位Hz；P是采样点数。
在步骤4中，通过以下公式计算所述频率域相位谱相似度：
Figure BDA0001849168790000022
其中，sspha(f)是所述频率域相位谱相似度；phaf(τ)是所述微地震波形频段在τ偏移点的相位。
在步骤4中，通过以下公式计算所述频率域振幅谱相似度和所述频率域相位谱相似度的联合相似度，而非残时差：
ss(f)＝1-(1-σ×sspha(f))(1-ω×ssamp(f))；
其中：ss(f)是联合相似度；sspha(f)是所述频率域相位谱相似度；ssamp(f)是所述频率域振幅谱相似度；f是频率，单位Hz；σ是相位谱相似度系数，由该站点数据相位谱在所有站点数据相位谱中的比重所决定；ω是振幅谱相似度系数，由该站点数据振幅谱在所有站点数据振幅谱中的比重所决定。
在步骤5中，通过以下快速网格搜索算法，迭代计算震源位置：
(1)定义网格搜索的几何范围：北、东、深；
(2)定义网格的初始精度Dci；
(3)定义网格的目标分辨率；
(4)定义网格的折叠系数DR；
Figure BDA0001849168790000023
其中：Dci是当前网格精度；Dci+1是下一次网格精度；DR是折叠系数。
本发明的目的也可通过如下技术措施来实现：微地震监测裂缝震源点位置计算系统，该微地震监测裂缝震源点位置计算系统包括：波形获取模块，获取频率域的观测微地震波形，在所述观测微地震波形中选取信噪比大于预设值的波形频段，所述观测微地震波形是通过传感器记录得到的，所述信噪比预设值范围为1.70～1.78；射线追踪模块，获取每个微地震波形的理论旅行时间，微地震波形的理论旅行时间是根据射线追踪函数计算得到的；计算模块，计算所选的波形偏移后频段的振幅谱相似度，计算所选的波形偏移后频段的相位谱波形相似度，计算所述频率域振幅谱相似度和所述频率域相位谱相似度的联合相似度，并计算所述联合相似度的最小值，而非残时差；快速网格搜索模块，根据所述联合相似度最小值对应的所述微地震波形的单元网格位置，迭代计算震源点位置。
该微地震监测裂缝震源点位置计算方法及系统，提出了采用基于频率域的观测微地震波形相似度进行快速网格搜索计算微地震震源点位置，具体采用频率域振幅谱相似度和频率域相位谱相似度的联合相似度进行计算，并采用相似度系数进行优化调控；同时，在计算前在观测微地震波形中选取信噪比大于预设值的波形频段，以便基于选取的信噪比高的波形频段进行计算，摒弃信噪比低的频带；采用波形相似度而非残时差使得计算结果的稳健性对噪音干扰不敏感，提高了反演结果的可靠性。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种微地震监测裂缝震源点位置计算方法的流程图；
图2是本发明实施例提供的一种快速网格搜索算法的示意图；
图3是本发明实施例提供的一种具体的微地震震源点位置计算方法的流程图；
图4是本发明实施例提供的一种微地震监测裂缝震源点位置计算系统的结构框图。
具体实施方式
为使本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举出较佳实施例，并配合附图所示，作详细说明如下。
如图1所示，图1为本发明的微地震监测裂缝震源点位置计算方法的流程图。
步骤101，获取频率域的观测微地震波形，在所述观测微地震波形中选取信噪比大于预设值的波形频段，所述观测微地震波形是通过传感器记录得到的，所述频率域的观测微地震波形是通过快速傅立叶变换获取的，所述预设值范围为1.70～1.78。
步骤102，对单元网格体元，获取每个微地震波形的理论旅行时间，微地震波形的理论旅行时间是根据射线追踪函数计算得到的，震源点到每个观测站点的旅行时间是不同的。
步骤103，按照每个微地震波形的理论旅行时间对波形进行偏移，消除不同观测站点的旅行时间差异。
步骤104，计算偏移后所选的波形频段的振幅谱相似度，通过以下公式计算所述频率域振幅谱相似度：
Figure BDA0001849168790000041
其中，ssamp(f)是所述频率域振幅谱相似度；ampf(τ)是所选的波形频段在τ点的振幅；F是频率最大值，单位Hz；P是采样点数。
计算偏移后所选的波形频段的相位谱相似度，通过以下公式计算所述频率域相位谱相似度：
Figure BDA0001849168790000042
其中，sspha(f)是所述频率域相位谱相似度；phaf(τ)是所述微地震波形频段在τ偏移点的相位。
通过以下公式计算所述频率域振幅谱相似度和所述频率域相位谱相似度的联合相似度，而非残时差：
ss(f)＝1-(1-σ×sspha(f))(1-ω×ssamp(f))；
其中：ss(f)是联合相似度；sspha(f)是所述频率域相位谱相似度；ssamp(f)是所述频率域振幅谱相似度；f是频率，单位Hz；σ是相位谱相似度系数，由该站点数据相位谱在所有站点数据相位谱中的比重所决定；ω是振幅谱相似度系数，由该站点数据振幅谱在所有站点数据振幅谱中的比重所决定。
计算得到频率域振幅谱相似度和频率域相位谱相似度的联合相似度，并计算所述联合相似度的最小值，该联合相似度的最小值能够反映网格体元是否是要计算的震源点位置。
步骤105，通过以下快速网格搜索算法，迭代计算震源位置，快速网格搜索算法如图2所示，理论方法如下：
定义网格搜索的几何范围：北、东、深；
定义网格的初始精度Dci；
定义网格的目标分辨率；
定义网格的折叠系数DR；
Figure BDA0001849168790000051
其中：Dci是当前网格精度；Dci+1是下一次网格精度；DR是折叠系数。
获取高信噪比波形频段，计算频率域振幅谱相似度和频率域相位谱相似度的联合相似度，通过快速网格搜索算法，可以实现微地震震源点位置的计算，微地震震源点位置计算方法如图3所示。
一种微地震监测裂缝震源点位置计算系统，该系统如图4所示，包括：波形获取模块401，用于获取频率域的观测微地震波形，在所述观测微地震波形中选取信噪比大于预设值的波形频段，所述观测微地震波形是通过传感器记录得到的，所述预设值范围为1.70～1.78；射线追踪模块402，获取每个微地震波形的理论旅行时间，微地震波形的理论旅行时间是根据射线追踪函数计算得到的；计算模块403，用于计算所选的波形偏移后频段的振幅谱相似度，计算所选的波形偏移后频段的相位谱波形相似度，计算所述频率域振幅谱相似度和所述频率域相位谱相似度的联合相似度，并计算所述联合相似度的最小值，而非残时差；快速网格搜索模块404，用于根据所述联合相似度最小值对应的所述微地震波形的单元网格位置，迭代计算震源位置。
在本发明实施例中，提出了采用基于频率域的观测微地震波形相似度进行快速网格搜索计算微地震震源，具体采用频率域振幅谱相似度和频率域相位谱相似度的联合相似度进行计算，并采用相似度系数进行优化调控；同时，在计算前在观测微地震波形中选取信噪比大于预设值的波形频段，以便基于选取的信噪比高的波形频段进行计算，摒弃信噪比低的频带；采用波形相似度而非残时差使得计算结果的稳健性对噪音干扰不敏感，提高了反演结果的可靠性。
显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明实施例的各模块或各步骤，可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上。可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，也可由程序代码来实现，并且在某些情况下，可以用不同于实施例中的顺序执行所示出或描述的步骤，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明实施例不限制于任何特定的硬件和软件结合。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明实施例可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.微地震监测裂缝震源点位置计算方法，其特征在于，该微地震监测裂缝震源点位置计算方法包括：
步骤1，获取频率域的观测微地震波形；
步骤2，对单元网格体元，获取每个微地震波形的理论旅行时间；
步骤3，按照每个微地震波形的理论旅行时间对波形进行偏移；
步骤4，计算偏移后所选的波形频段频率域振幅谱相似度和相位谱相似度的联合相似度，并计算相似度最小值对应的微地震波形的单元网格位置；
步骤5，通过快速网格搜索算法迭代计算震源点位置；
在步骤4中，通过以下公式计算所述频率域振幅谱相似度：
Figure FDA0002814986190000011
其中，ssamp(f)是所述频率域振幅谱相似度；ampf(τ)是所选的波形频段在τ点的振幅；F是频率最大值，单位Hz；P是采样点数；
通过以下公式计算所述频率域相位谱相似度：
Figure FDA0002814986190000012
其中，sspha(f)是所述频率域相位谱相似度；phaf(τ)是所述微地震波形频段在τ偏移点的相位；
通过以下公式计算所述频率域振幅谱相似度和所述频率域相位谱相似度的联合相似度，而非残时差：
ss(f)＝1-(1-σ×sspha(f))(1-ω×ssamp(f))；
其中：ss(f)是联合相似度；sspha(f)是所述频率域相位谱相似度；ssamp(f)是所述频率域振幅谱相似度；f是频率，单位Hz；σ是相位谱相似度系数，由该站点数据相位谱在所有站点数据相位谱中的比重所决定；ω是振幅谱相似度系数，由该站点数据振幅谱在所有站点数据振幅谱中的比重所决定。
2.根据权利要求1所述的微地震监测裂缝震源点位置计算方法，其特征在于，在步骤1中，在所述观测微地震波形中选取信噪比大于预设值的波形频段，所述观测微地震波形是通过传感器记录得到的，所述频率域的观测微地震波形是通过快速傅立叶变换获取的，所述信噪比预设值范围为1.70～1.78。
3.根据权利要求1所述的微地震监测裂缝震源点位置计算方法，其特征在于，在步骤5中，通过以下快速网格搜索算法，迭代计算震源位置：
(1)定义网格搜索的几何范围：北、东、深；
(2)定义网格的初始精度Dci；
(3)定义网格的目标分辨率；
(4)定义网格的折叠系数DR；
Figure FDA0002814986190000021
其中：Dci是当前网格精度；Dci+1是下一次网格精度；DR是折叠系数。
4.微地震监测裂缝震源点位置计算系统，其特征在于，该微地震监测裂缝震源点位置计算系统包括：
波形获取模块，获取频率域的观测微地震波形，在所述观测微地震波形中选取信噪比大于预设值的波形频段，所述观测微地震波形是通过传感器记录得到的，所述信噪比预设值范围为1.70～1.78；
射线追踪模块，获取每个微地震波形的理论旅行时间，微地震波形的理论旅行时间是根据射线追踪函数计算得到的；
计算模块，通过以下公式计算所述频率域振幅谱相似度：
Figure FDA0002814986190000022
其中，ssamp(f)是所述频率域振幅谱相似度；ampf(τ)是所选的波形频段在τ点的振幅；F是频率最大值，单位Hz；P是采样点数；
通过以下公式计算所述频率域相位谱相似度：
Figure FDA0002814986190000031
其中，sspha(f)是所述频率域相位谱相似度；phaf(τ)是所述微地震波形频段在τ偏移点的相位；
通过以下公式计算所述频率域振幅谱相似度和所述频率域相位谱相似度的联合相似度，并计算所述联合相似度的最小值，而非残时差：
ss(f)＝1-(1-σ×sspha(f))(1-ω×ssamp(f))；
其中：ss(f)是联合相似度；sspha(f)是所述频率域相位谱相似度；ssamp(f)是所述频率域振幅谱相似度；f是频率，单位Hz；σ是相位谱相似度系数，由该站点数据相位谱在所有站点数据相位谱中的比重所决定；ω是振幅谱相似度系数，由该站点数据振幅谱在所有站点数据振幅谱中的比重所决定；
快速网格搜索模块，根据所述联合相似度最小值对应的所述微地震波形的单元网格位置，迭代计算震源点位置。
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