CN109655897B - 基于格点搜索的微地震震源定位反演方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于格点搜索的微地震震源定位反演方法及系统，包括：1)在初始位置所在区域采用△h步长离散后，以初始位置为中心，将该区域作为搜索区域重新进行定位并获得新的定位位置；2)判断新的定位位置与初始位置是否重合；3)以新的定位位置为中心重新进行定位，直到前后两次定位得到的定位位置重合；4)以前一步所获得的定位位置为中心，在放大的搜索区域内重新进行定位，若新的定位位置与前一步输出的定位位置不重合，则重复步骤3)的操作，否则输出定位位置；5)以前一步获得的定位位置为中心，缩小搜索区域并缩小步长进行离散，若新的定位位置与前一步获得的定位位置不重合，则重复步骤3)的操作，否则输出最终定位位置。

Description

基于格点搜索的微地震震源定位反演方法及系统

技术领域

本发明属于水力压裂微地震监测数据处理技术领域，更具体地，涉及一种基于格点搜索的微地震震源定位反演方法及系统。

背景技术

微地震监测技术是水力压裂页岩气等非常规储层开发过程中裂缝延展与分布监测的一种重要手段。采用地面监测方式，可以比井中监测方式有更广的观测覆盖，可以提高数据处理精度，为井网部署和压裂方案优化提供重要参数。

由于地面监测信号资料品质较差，很难拾取准确的初至到时，所以对微地震事件进行定位一般采用地震记录叠加函数作为反演目标函数。这种叠加函数偏导数难以求取，一般采用格点搜索方式求解目标函数最优解。但是常用的全局寻优方法的网格搜索往往产生较多的采样点，增加计算量，严重制约了微地震监测的实时处理，因此有必要提供一种改进的格点搜索方式。

发明内容

本发明针对地面微地震监测中的震源参数反演，采用一种新的格点搜索方式，以降低搜索格点数，达到降低计算量、提高微地震事件定位精度的目的。

根据本发明的一方面，提出了一种基于格点搜索的微地震震源定位反演方法，该方法包括：

1)给定初始位置，所述初始位置所在区域采用△h步长离散后，以所述初始位置为中心，将该区域作为搜索区域重新进行定位并获得新的定位位置；

2)判断新的定位位置与初始位置是否重合，如果重合，则进入步骤4)；如果不重合，则进入步骤3)；

3)以新的定位位置为中心重新进行定位，直到前后两次定位得到的定位位置重合；

4)以前一步所获得的定位位置为中心，放大搜索区域并放大步长进行离散，在放大的搜索区域内重新进行定位，若新的定位位置与前一步输出的定位位置不重合，则重复步骤3)的操作，否则输出定位位置；

5)以前一步获得的定位位置为中心，缩小搜索区域并缩小步长进行离散，在缩小的搜索区域内重新进行定位，若新的定位位置与前一步获得的定位位置不重合，则重复步骤3)的操作，否则输出最终定位位置。

优选地，步骤4)中将步长放大n倍，同时将搜索区域放大n倍，其中n为正整数。

优选地，步骤5)中将步长缩小n倍，同时将搜索区域缩小n倍，其中n为正整数。

优选地，重新定位所采用的目标函数为地震记录绝对值叠加函数，表示为：

其中，N_r为检波器个数；A_i为第i个检波器的信号；t₀为校正量。

根据本发明的另一方面，提出了一种基于格点搜索的微地震震源定位反演系统，所述系统包括：

存储器，存储有计算机可执行指令；

处理器，运行所述存储器上的计算可执行指令时，所述处理器实现以下步骤：

1)给定初始位置，所述初始位置所在区域采用△h步长离散后，以所述初始位置为中心，将该区域作为搜索区域重新进行定位并获得新的定位位置；

2)判断新的定位位置与初始位置是否重合，如果重合，则进入步骤4)；如果不重合，则进入步骤3)；

3)以新的定位位置为中心重新进行定位，直到前后两次定位得到的定位位置重合；

4)以前一步所获得的定位位置为中心，放大搜索区域并放大步长进行离散，在放大的搜索区域内重新进行定位，若新的定位位置与前一步输出的定位位置不重合，则重复步骤3)的操作，否则输出定位位置；

5)以前一步获得的定位位置为中心，缩小搜索区域并缩小步长进行离散，在缩小的搜索区域内重新进行定位，若新的定位位置与前一步获得的定位位置不重合，则重复步骤3)的操作，否则输出最终定位位置。

优选地，步骤4)中将步长放大n倍，同时将搜索区域放大n倍，其中n为正整数。

优选地，步骤5)中将步长缩小n倍，同时将搜索区域缩小n倍，其中n为正整数。

优选地，重新定位所采用的目标函数为地震记录绝对值叠加函数，表示为：

其中，N_r为检波器个数；A_i为第i个检波器的信号；t₀为校正量。

本发明的有益效果在于：针对地面微地震定位反演提出一种新的网格搜索方法，利用该方法可以提高搜索效率，避免全局搜索时过度离散导致的计算效率低下问题；而且采用放大与缩小搜索操作的方式，可以避免搜索过程陷入局部极值，并且可以提高搜索精度。

本发明的其它特征和优点将在随后具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

通过结合附图对本发明示例性实施方式进行更详细的描述，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方式中，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基于格点搜索的微地震震源定位反演方法的流程图。

图2示出了根据本发明的一个实施例的平移操作的示意图。

图3示出了根据本发明的一个实施例的放大操作的示意图。

图4示出了根据本发明的一个实施例的缩小操作的示意图。

具体实施方式

下面将更详细地描述本发明的优选实施方式。虽然以下描述了本发明的优选实施方式，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方式所限制。相反，提供这些实施方式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。

实施例1

在该实施例中，根据本发明的基于格点搜索的微地震震源定位反演方法可以包括：

1)给定初始位置，初始位置所在区域采用△h步长离散后，以初始位置为中心，将该区域作为搜索区域重新进行定位并获得新的定位位置；

2)判断新的定位位置与初始位置是否重合，如果重合，则进入步骤4)；如果不重合，则进入步骤3)；

3)以新的定位位置为中心重新进行定位，直到前后两次定位得到的定位位置重合；

4)以前一步所获得的定位位置为中心，放大搜索区域并放大步长进行离散，在放大的搜索区域内重新进行定位，若新的定位位置与前一步输出的定位位置不重合，则重复步骤3)的操作，否则输出定位位置；

5)以前一步获得的定位位置为中心，缩小搜索区域并缩小步长进行离散，在缩小的搜索区域内重新进行定位，若新的定位位置与前一步获得的定位位置不重合，则重复步骤3)的操作，否则输出最终定位位置。

该实施例针对地面微地震监测中的震源参数反演，采用一种新的格点搜索方式，以降低搜索格点数，达到降低计算量、提高微地震事件定位精度的目的。

图1示出了根据本发明的基于格点搜索的微地震震源定位反演方法的流程图。下面参考图1详细说明根据本发明的基于格点搜索的微地震震源定位反演方法的具体步骤。

步骤1，给定初始位置，初始位置所在区域采用△h步长离散后，以初始位置为中心，将该区域作为搜索区域重新进行定位并获得新的定位位置。

具体地，在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，一般采用记录绝对值叠加函数作为目标函数。

在一个示例中，重新定位所采用的目标函数为地震记录绝对值叠加函数，表示为：

其中，N_r为检波器个数；A_i为第i个检波器的信号；t₀为校正量。

步骤2，判断新的定位位置与初始位置是否重合，如果重合，则进入步骤4)；如果不重合，则进入步骤3)。

步骤3，以新的定位位置为中心重新进行定位，直到前后两次定位得到的定位位置重合。

图2示出了根据本发明的一个实施例的平移操作的示意图。

具体地，在步骤1)-步骤3)的搜索过程中，当获得新的定位位置时，则以该位置为中心，离散周边区域，进行下一步搜索，将其定义为平移操作，其示意图如图2所示，该操作可以迭代进行搜索，使定位结果逐步收敛到目标值。

步骤4，以前一步所获得的定位位置为中心，放大搜索区域并放大步长进行离散，在放大的搜索区域内重新进行定位，若新的定位位置与前一步输出的定位位置不重合，则重复步骤3)的操作，否则输出定位位置。

图3示出了根据本发明的一个实施例的放大操作的示意图。

具体地，当在步骤1)-步骤3)的搜索结束，获得一个较稳定的定位结果后，则以该定位位置为中心，放大搜索区域，同时放大搜索步长，进行搜索，将其定义为放大操作，其示意图如图3所示，该操作可以放大搜索区域，避免定位结果落入局部极值。

在一个示例中，步骤4)中将步长放大n倍，同时将搜索区域放大n倍，其中n为正整数，本领域技术人员应当理解，可以放大到时适当的倍数，最大不能超过整个搜索区域。

步骤5，以前一步获得的定位位置为中心，缩小搜索区域并缩小步长进行离散，在缩小的搜索区域内重新进行定位，若新的定位位置与前一步获得的定位位置不重合，则重复步骤3)的操作，否则输出最终定位位置。

图4示出了根据本发明的一个实施例的缩小操作的示意图。

具体地，当步骤4)结束时，获得一个全局性的定位结果后，则以该定位位置为中心，缩小搜索区域，同时缩小搜索步长，进行搜索，将其定义为缩小操作，其示意图如图4所示，该操作可以进一步缩小搜索网格间距，提供定位结果精度。

在一个示例中，步骤5)中将步长缩小n倍，同时将搜索区域缩小n倍，其中n为正整数，本领域技术人员应当理解，可以根据反演精度的要求，缩小相应的倍数。

本实施例针对地面微地震定位反演提出一种新的网格搜索方法，利用该方法可以提高搜索效率，避免全局搜索时过度离散导致的计算效率低下问题；而且采用放大与缩小搜索操作的方式，可以避免搜索过程陷入局部极值，并且可以提高搜索精度。

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。

在本应用示例中利用声波测井等信息建立工区水平层状模型，形成震源空间，下面采用本专利提出格点搜索法对震源位置进行搜索，获得最优震源位置。

1)给定初始位置，初始位置所在区域采用△h步长离散后，以初始位置为中心，将该区域作为搜索区域重新进行定位并获得新的定位位置，重新定位采用如公式(1)所示的地震记录绝对值叠加函数为目标函数，通过求解目标函数的最优解去进行定位；

2)判断新的定位位置与初始位置是否重合，如果重合，则进入步骤4)；如果不重合，则进入步骤3)；

3)以新的定位位置为中心重新进行定位，直到前后两次定位得到的定位位置重合；

4)以前一步所获得的定位位置为中心，放大搜索区域并放大步长进行离散，在放大的搜索区域内重新进行定位，若新的定位位置与前一步输出的定位位置不重合，则重复步骤3)的操作，否则输出定位位置；

5)以前一步获得的定位位置为中心，缩小搜索区域并缩小步长进行离散，在缩小的搜索区域内重新进行定位，若新的定位位置与前一步获得的定位位置不重合，则重复步骤3)的操作，否则输出最终定位位置。

通过上述步骤，输出的最终定位位置就是该工区震源的位置。

本应用示例针对地面微地震定位反演提出一种新的网格搜索方法，利用该方法可以提高搜索效率，避免全局搜索时过度离散导致的计算效率低下问题；而且采用放大与缩小搜索操作的方式，可以避免搜索过程陷入局部极值，并且可以提高搜索精度。

实施例2

根据本发明的实施例，提供了一种基于格点搜索的微地震震源定位反演系统，系统包括：存储器，存储有计算机可执行指令；处理器，运行存储器上的计算可执行指令时，处理器实现以下步骤：

1)给定初始位置，初始位置所在区域采用△h步长离散后，以初始位置为中心，将该区域作为搜索区域重新进行定位并获得新的定位位置；

2)判断新的定位位置与初始位置是否重合，如果重合，则进入步骤4)；如果不重合，则进入步骤3)；

3)以新的定位位置为中心重新进行定位，直到前后两次定位得到的定位位置重合；

4)以前一步所获得的定位位置为中心，放大搜索区域并放大步长进行离散，在放大的搜索区域内重新进行定位，若新的定位位置与前一步输出的定位位置不重合，则重复步骤3)的操作，否则输出定位位置；

5)以前一步获得的定位位置为中心，缩小搜索区域并缩小步长进行离散，在缩小的搜索区域内重新进行定位，若新的定位位置与前一步获得的定位位置不重合，则重复步骤3)的操作，否则输出最终定位位置。

该实施例针对地面微地震监测中的震源参数反演，采用一种新的格点搜索方式，以降低搜索格点数，达到降低计算量、提高微地震事件定位精度的目的。

在一个示例中，步骤4)中将步长放大n倍，同时将搜索区域放大n倍，其中n为正整数。

在一个示例中，步骤5)中将步长缩小n倍，同时将搜索区域缩小n倍，其中n为正整数。

在一个示例中，重新定位所采用的目标函数为地震记录绝对值叠加函数，表示为：

其中，N_r为检波器个数；A_i为第i个检波器的信号；t₀为校正量。

本实施例针对地面微地震定位反演提出一种新的网格搜索方法，利用该方法可以提高搜索效率，避免全局搜索时过度离散导致的计算效率低下问题；而且采用放大与缩小搜索操作的方式，可以避免搜索过程陷入局部极值，并且可以提高搜索精度。

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)

1.一种基于格点搜索的微地震震源定位反演方法，其特征在于，该方法包括：

1)给定初始位置，所述初始位置所在区域采用△h步长离散后，以所述初始位置为中心，将该区域作为搜索区域重新进行定位并获得新的定位位置；

2)判断新的定位位置与初始位置是否重合，如果重合，则进入步骤4)；如果不重合，则进入步骤3)；

3)以新的定位位置为中心重新进行定位，直到前后两次定位得到的定位位置重合；

4)以前一步所获得的定位位置为中心，放大搜索区域并放大步长进行离散，在放大的搜索区域内重新进行定位，若新的定位位置与前一步输出的定位位置不重合，则重复步骤3)的操作，否则输出定位位置；

5)以前一步获得的定位位置为中心，缩小搜索区域并缩小步长进行离散，在缩小的搜索区域内重新进行定位，若新的定位位置与前一步获得的定位位置不重合，则重复步骤3)的操作，否则输出最终定位位置。

2.根据权利要求1所述的基于格点搜索的微地震震源定位反演方法，其中，步骤4)中将步长放大n倍，同时将搜索区域放大n倍，其中n为正整数。

3.根据权利要求1所述的基于格点搜索的微地震震源定位反演方法，其中，步骤5)中将所述步骤4)中的步长缩小n倍，同时将所述步骤4)中的搜索区域缩小n倍，其中n为正整数。

4.根据权利要求1所述的基于格点搜索的微地震震源定位反演方法，其中，重新定位所采用的目标函数为地震记录绝对值叠加函数，表示为：

其中，N_r为检波器个数；A_i为第i个检波器的信号；t₀为校正量。

5.一种基于格点搜索的微地震震源定位反演系统，其特征在于，所述系统包括：

存储器，存储有计算机可执行指令；

处理器，运行所述存储器上的计算机 可执行指令时，所述处理器实现以下步骤：

1)给定初始位置，所述初始位置所在区域采用△h步长离散后，以所述初始位置为中心，将该区域作为搜索区域重新进行定位并获得新的定位位置；

2)判断新的定位位置与初始位置是否重合，如果重合，则进入步骤4)；如果不重合，则进入步骤3)；

3)以新的定位位置为中心重新进行定位，直到前后两次定位得到的定位位置重合；

4)以前一步所获得的定位位置为中心，放大搜索区域并放大步长进行离散，在放大的搜索区域内重新进行定位，若新的定位位置与前一步输出的定位位置不重合，则重复步骤3)的操作，否则输出定位位置；

5)以前一步获得的定位位置为中心，缩小搜索区域并缩小步长进行离散，在缩小的搜索区域内重新进行定位，若新的定位位置与前一步获得的定位位置不重合，则重复步骤3)的操作，否则输出最终定位位置。

6.根据权利要求5所述的基于格点搜索的微地震震源定位反演系统，其中，步骤4)中将步长放大n倍，同时将搜索区域放大n倍，其中n为正整数。

7.根据权利要求5所述的基于格点搜索的微地震震源定位反演系统，其中，步骤5)中将所述步骤4)中的步长缩小n倍，同时将所述步骤4)中的搜索区域缩小n倍，其中n为正整数。

8.根据权利要求5所述的基于格点搜索的微地震震源定位反演系统，其中，重新定位所采用的目标函数为地震记录绝对值叠加函数，表示为：

其中，N_r为检波器个数；A_i为第i个检波器的信号；t₀为校正量。

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