CN109581504B - 地面微地震记录中直达纵波极性计算方法及系统 - Google Patents

地面微地震记录中直达纵波极性计算方法及系统 Download PDF

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Abstract

公开了一种地面微地震记录中直达纵波极性计算方法及系统。该方法可以包括：对原始地面微地震记录进行互相关处理，获得辅助记录；将辅助记录中的每一个地震道进行叠加，获得参考道；根据参考道的极性设定参考极性；将参考道与原始地面微地震记录中的每一个地震道进行互相关运算，获得每一个地震道所对应的原始相关道；基于每一个原始相关道，判断原始相关道在原始地面微地震记录中所对应的地震道的极性。本发明通过叠加方法构建参考道之前对原始记录进行了成对互相关处理，消除了记录中极性变化信息对参考道的影响，可以稳定提取极性。

Description

地面微地震记录中直达纵波极性计算方法及系统
技术领域
本发明涉及水力压裂微地震监测技术领域，更具体地，涉及一种地面微地震记录中直达纵波极性计算方法及系统。
背景技术
在致密气、页岩气以及煤层气等非常规油气资源的开发过程中，微地震监测技术是压裂过程监测及压裂效果评估的重要手段。压裂微地震监测技术的研究主要包含两部分的内容：一个是震源定位技术，另一个就是震源机制描述技术。震源机制解对于了解压裂区的油气藏特征，例如天然裂缝发育特点、应力状态以及压裂裂缝破裂机制等有着重要的指导作用，同时也是建立离散裂缝网格及估算有效压裂体积的重要参数。
对于地面微地震监测的情况，普遍选择利用纵波(P波)信息进行震源机制反演。尽管也可以综合利用P波和横波(S波)信息，但是地面微地震监测的高覆盖次数、宽方位角以及大偏移距等特点，使得仅利用P波信息就可以得到稳定的震源机制解，同时也避免了S波波形提取的困难以及S波速度误差对反演结果的影响。P波信息又分为P波初动极性信息以及P波振幅信息。其中，P波初动极性的物理图像明确，是稳定的地震波信息。在20世纪的10～20年代，人们就已经在同一次天然地震不同台站的记录中发现了P波初动极性的四象限分布特性，随后将其与双力偶(double-couple)力系联系起来，并在30年代发展了最初的P波初动震源机制解求解方法。随后，由于其简便快捷且结果较为可靠，利用P波初动极性来求解震源机制解的方法被广泛应用于地震事件分析、震源参数求取以及应力场研究等。因此，有必要开发一种地面微地震记录中直达纵波极性计算方法及系统。
公开于本发明背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的一般背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。
发明内容
本发明提出了一种地面微地震记录中直达纵波极性计算方法及系统，其能够通过叠加方法构建参考道之前对原始记录进行了成对互相关处理，消除了记录中极性变化信息对参考道的影响，可以稳定提取极性。
根据本发明的一方面，提出了一种地面微地震记录中直达纵波极性计算方法。所述方法可以包括：对原始地面微地震记录进行互相关处理，获得辅助记录；将所述辅助记录中的每一个地震道进行叠加，获得参考道；根据所述参考道的极性设定参考极性；将所述参考道与所述原始地面微地震记录中的每一个地震道进行互相关运算，获得每一个地震道所对应的原始相关道；基于每一个原始相关道，判断所述原始相关道在所述原始地面微地震记录中所对应的地震道的极性。
优选地，所述辅助记录为：
Figure GDA0002601543930000021
其中，s'(t')为辅助记录，Corr为互相关算子，si为原始地面微地震记录中的第i个地震道，t'＝[t1,t2,...,t2n-1]为互相关运算后的辅助记录的记录时间，m为原始地面微地震记录中的地震道的数量。
优选地，所述参考道为：
Figure GDA0002601543930000022
其中，r'(t')为参考道，s′i(t')为辅助记录中的第i个地震道。
优选地，所述参考极性为：
Figure GDA0002601543930000031
其中，p'为参考极性，r'(t')为参考道。
优选地，所述原始相关道为：
si″(t″)＝Corr(si(t),r'(t')) (4)
其中，si″(t″)为原始相关道。
优选地，基于每一个原始相关道，判断所述原始相关道在所述原始地面微地震记录中所对应的地震道的极性包括：如果所述原始相关道中最小值的绝对值大于最大值，所述原始相关道在所述原始地面微地震记录中所对应的地震道的极性与所述参考极性相反；如果所述原始相关道中最小值的绝对值小于或等于最大值，所述原始相关道在所述原始地面微地震记录中所对应的地震道的极性与所述参考极性相同。
根据本发明的另一方面，提出了一种地面微地震记录中直达纵波极性计算系统，可以包括：存储器，存储有计算机可执行指令；处理器，所述处理器运行所述存储器中的计算机可执行指令，执行以下步骤：对原始地面微地震记录进行互相关处理，获得辅助记录；将所述辅助记录中的每一个地震道进行叠加，获得参考道；根据所述参考道的极性设定参考极性；将所述参考道与所述原始地面微地震记录中的每一个地震道进行互相关运算，获得每一个地震道所对应的原始相关道；基于每一个原始相关道，判断所述原始相关道在所述原始地面微地震记录中所对应的地震道的极性。
优选地，所述辅助记录为：
Figure GDA0002601543930000032
其中，s'(t')为辅助记录，Corr为互相关算子，si为原始地面微地震记录中的第i个地震道，t'＝[t1,t2,...,t2n-1]为互相关运算后的辅助记录的记录时间，m为原始地面微地震记录中的地震道的数量。
优选地，所述参考道为：
Figure GDA0002601543930000041
其中，r'(t')为参考道，s′i(t')为辅助记录中的第i个地震道。
优选地，判断所述原始相关道的极性包括：如果所述原始相关道中最小值的绝对值大于最大值，所述原始相关道的极性与所述参考道相反；如果所述原始相关道中最小值的绝对值小于或等于最大值，所述原始相关道的极性与所述参考道相同。
本发明的方法和装置具有其它的特性和优点，这些特性和优点从并入本文中的附图和随后的具体实施方式中将是显而易见的，或者将在并入本文中的附图和随后的具体实施方式中进行详细陈述，这些附图和具体实施方式共同用于解释本发明的特定原理。
附图说明
通过结合附图对本发明示例性实施例进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本发明示例性实施例中，相同的参考标号通常代表相同部件。
图1示出了根据本发明的地面微地震记录中直达纵波极性计算方法的步骤的流程图。
图2a和图2b分别示出了根据本发明的一个实施例的原始地面微地震记录与叠加道的示意图。
图3a和图3b分别示出了根据本发明的一个实施例的辅助记录与参考道的示意图。
图4示出了根据本发明的一个实施例的原始相关道的示意图。
图5a和图5b分别示出了根据本发明的一个实施例的原始地相关道与参考道极性相同和极性相反的示意图。
图6示出了根据本发明的一个实施例的原始相关道在原始地面微地震记录中所对应的地震道的极性的示意图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本发明。虽然附图中显示了本发明的优选实施例，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。
图1示出了根据本发明的地面微地震记录中直达纵波极性计算方法的步骤的流程图。
在该实施例中，根据本发明的地面微地震记录中直达纵波极性计算方法可以包括：
步骤101，对原始地面微地震记录进行互相关处理，获得辅助记录；
步骤102，将辅助记录中的每一个地震道进行叠加，获得参考道；
步骤103，根据参考道的极性设定参考极性；
步骤104，将参考道与原始地面微地震记录中的每一个地震道进行互相关运算，获得每一个地震道所对应的原始相关道；
步骤105，基于每一个原始相关道，判断原始相关道在原始地面微地震记录中所对应的地震道的极性。
在一个示例中，辅助记录为：
Figure GDA0002601543930000051
其中，s'(t')为辅助记录，Corr为互相关算子，si为原始地面微地震记录中的第i个地震道，t'＝[t1,t2,...,t2n-1]为互相关运算后的辅助记录的记录时间，m为原始地面微地震记录中的地震道的数量。
在一个示例中，参考道为：
Figure GDA0002601543930000061
其中，r'(t')为参考道，s′i(t')为辅助记录中的第i个地震道。
在一个示例中，参考极性为：
Figure GDA0002601543930000062
其中，p'为参考极性，r'(t')为参考道。
在一个示例中，原始相关道为：
si″(t″)＝Corr(si(t),r'(t')) (4)
其中，si″(t″)为原始相关道。
在一个示例中，基于每一个原始相关道，判断原始相关道在原始地面微地震记录中所对应的地震道的极性包括：如果原始相关道中最小值的绝对值大于最大值，原始相关道在原始地面微地震记录中所对应的地震道的极性与参考极性相反；如果原始相关道中最小值的绝对值小于或等于最大值，原始相关道在原始地面微地震记录中所对应的地震道的极性与参考极性相同。
具体地，假设共有m道包含直达P波信号的地面微地震监测记录，第i道检波器记录到的信号记为si(t)，其中t＝[t1,t2,...,tn]，为记录时间，n为时间采样点个数。对原始地面微地震记录进行互相关处理，获得辅助记录为公式(1)；将辅助记录中的每一个地震道进行叠加，获得参考道为公式(2)；根据参考道的极性设定参考极性为公式(3)；将参考道与原始地面微地震记录中的每一个地震道进行互相关运算，获得每一个地震道所对应的原始相关道为公式(4)；基于每一个原始相关道，判断原始相关道在原始地面微地震记录中所对应的地震道的极性：如果原始相关道中最小值的绝对值大于最大值，原始相关道在原始地面微地震记录中所对应的地震道的极性与参考极性相反；如果原始相关道中最小值的绝对值小于或等于最大值，原始相关道在原始地面微地震记录中所对应的地震道的极性与参考极性相同，即为公式(5)：
Figure GDA0002601543930000071
其中，pi为原始相关道的极性，p'为参考极性，si″(t″)为原始相关道。
本方法通过叠加方法构建参考道之前对原始记录进行了成对互相关处理，消除了记录中极性变化信息对参考道的影响，可以稳定提取极性。
应用示例
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。
图2a和图2b分别示出了根据本发明的一个实施例的原始地面微地震记录与叠加道的示意图。
图3a和图3b分别示出了根据本发明的一个实施例的辅助记录与参考道的示意图。
图4示出了根据本发明的一个实施例的原始相关道的示意图。
图5a和图5b分别示出了根据本发明的一个实施例的原始地相关道与参考道极性相同和极性相反的示意图。
图6示出了根据本发明的一个实施例的原始相关道在原始地面微地震记录中所对应的地震道的极性的示意图。
原始地面微地震记录及其叠加道如图2a所示，对原始地面微地震记录进行互相关处理，获得辅助记录为公式(1)，如图3a所示，将辅助记录中的每一个地震道进行叠加，获得参考道为公式(2)，如图3b所示，通过互相关处理后，可以消除原始记录中大部分道的极性变化现象，对比图2b和图3b可知，可以消除原始地面微地震记录中初至纵波极性变化的影响。
根据参考道的极性设定参考极性为公式(3)，将参考极性设为正极性；将参考道与原始地面微地震记录中的每一个地震道进行互相关运算，获得每一个地震道所对应的原始相关道为公式(4)，如图4所示；基于每一个原始相关道，判断原始相关道在原始地面微地震记录中所对应的地震道的极性，如图5a和图5b所示：原始相关道中最小值的绝对值(1447)小于或等于最大值(2042)，如图5a所示，原始相关道在原始地面微地震记录中所对应的地震道的极性与参考极性相同，如果原始相关道中最小值的绝对值(2042)大于最大值(1447)，如图5a所示，原始相关道在原始地面微地震记录中所对应的地震道的极性与参考极性相反，即为公式(5)，地震道的极性如图6所示，其中，“+”代表正极性，“o”代表负极性。
综上所述，本发明通过叠加方法构建参考道之前对原始记录进行了成对互相关处理，消除了记录中极性变化信息对参考道的影响，可以稳定提取极性。
本领域技术人员应理解，上面对本发明的实施例的描述的目的仅为了示例性地说明本发明的实施例的有益效果，并不意在将本发明的实施例限制于所给出的任何示例。
根据本发明的实施例，提供了一种地面微地震记录中直达纵波极性计算系统，可以包括：存储器，存储有计算机可执行指令；处理器，处理器运行存储器中的计算机可执行指令，执行以下步骤：对原始地面微地震记录进行互相关处理，获得辅助记录；将辅助记录中的每一个地震道进行叠加，获得参考道；根据参考道的极性设定参考极性；将参考道与原始地面微地震记录中的每一个地震道进行互相关运算，获得每一个地震道所对应的原始相关道；基于每一个原始相关道，判断原始相关道在原始地面微地震记录中所对应的地震道的极性。
在一个示例中，辅助记录为：
Figure GDA0002601543930000091
其中，s'(t')为辅助记录，Corr为互相关算子，si为原始地面微地震记录中的第i个地震道，t'＝[t1,t2,...,t2n-1]为互相关运算后的辅助记录的记录时间，m为原始地面微地震记录中的地震道的数量。
在一个示例中，参考道为：
Figure GDA0002601543930000092
其中，r'(t')为参考道，s′i(t')为辅助记录中的第i个地震道。
在一个示例中，判断原始相关道的极性包括：如果原始相关道中最小值的绝对值大于最大值，原始相关道的极性与参考道相反；如果原始相关道中最小值的绝对值小于或等于最大值，原始相关道的极性与参考道相同。
本发明通过叠加方法构建参考道之前对原始记录进行了成对互相关处理，消除了记录中极性变化信息对参考道的影响，可以稳定提取极性。
本领域技术人员应理解，上面对本发明的实施例的描述的目的仅为了示例性地说明本发明的实施例的有益效果，并不意在将本发明的实施例限制于所给出的任何示例。
以上已经描述了本发明的各实施例，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。

Claims (8)

1.一种地面微地震记录中直达纵波极性计算方法，包括：
对原始地面微地震记录进行互相关处理，获得辅助记录；
将所述辅助记录中的每一个地震道进行叠加，获得参考道；
根据所述参考道的极性设定参考极性；
将所述参考道与所述原始地面微地震记录中的每一个地震道进行互相关运算，获得每一个地震道所对应的原始相关道；
基于每一个原始相关道，判断所述原始相关道在所述原始地面微地震记录中所对应的地震道的极性；
其中，基于每一个原始相关道，判断所述原始相关道在所述原始地面微地震记录中所对应的地震道的极性包括：
如果所述原始相关道中最小值的绝对值大于最大值，所述原始相关道在所述原始地面微地震记录中所对应的地震道的极性与所述参考极性相反；
如果所述原始相关道中最小值的绝对值小于或等于最大值，所述原始相关道在所述原始地面微地震记录中所对应的地震道的极性与所述参考极性相同。
2.根据权利要求1所述的地面微地震记录中直达纵波极性计算方法，其中，所述辅助记录为：
Figure FDA0002601543920000011
其中，s'(t')为辅助记录，Corr为互相关算子，si为原始地面微地震记录中的第i个地震道，t'＝[t1,t2,...,t2n-1]为互相关运算后的辅助记录的记录时间，m为原始地面微地震记录中的地震道的数量。
3.根据权利要求2所述的地面微地震记录中直达纵波极性计算方法，其中，所述参考道为：
Figure FDA0002601543920000021
其中，r'(t')为参考道，s′i(t')为辅助记录中的第i个地震道。
4.根据权利要求3所述的地面微地震记录中直达纵波极性计算方法，其中，所述参考极性为：
Figure FDA0002601543920000022
其中，p'为参考极性，r'(t')为参考道。
5.根据权利要求3所述的地面微地震记录中直达纵波极性计算方法，其中，所述原始相关道为：
s”i(t”)＝Corr(si(t),r'(t')) (4)
其中，si”(t”)为原始相关道。
6.一种地面微地震记录中直达纵波极性计算系统，其特征在于，该系统包括：
存储器，存储有计算机可执行指令；
处理器，所述处理器运行所述存储器中的计算机可执行指令，执行以下步骤：
对原始地面微地震记录进行互相关处理，获得辅助记录；
将所述辅助记录中的每一个地震道进行叠加，获得参考道；
根据所述参考道的极性设定参考极性；
将所述参考道与所述原始地面微地震记录中的每一个地震道进行互相关运算，获得每一个地震道所对应的原始相关道；
基于每一个原始相关道，判断所述原始相关道在所述原始地面微地震记录中所对应的地震道的极性；
其中，判断所述原始相关道的极性包括：
如果所述原始相关道中最小值的绝对值大于最大值，所述原始相关道的极性与所述参考道相反；
如果所述原始相关道中最小值的绝对值小于或等于最大值，所述原始相关道的极性与所述参考道相同。
7.根据权利要求6所述的地面微地震记录中直达纵波极性计算系统，其中，所述辅助记录为：
Figure FDA0002601543920000031
其中，s'(t')为辅助记录，Corr为互相关算子，si为原始地面微地震记录中的第i个地震道，t'＝[t1,t2,...,t2n-1]为互相关运算后的辅助记录的记录时间，m为原始地面微地震记录中的地震道的数量。
8.根据权利要求7所述的地面微地震记录中直达纵波极性计算系统，其中，所述参考道为：
Figure FDA0002601543920000032
其中，r'(t')为参考道，s′i(t')为辅助记录中的第i个地震道。
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GR01 Patent grant
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