CN110764148B - 一种各向异性矢量波场井地联合定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种各向异性矢量波场井地联合定位方法。该方法包括：利用地面矢量检波器采集井下微地震信号，对微地震事件进行初步定位，估算出微地震事件初始定位结果；建立各向异性矢量波场井地联合定位目标方程OPJ；拾取井中观测到的射孔纵横波走时，结合已知的射孔空间位置和声波测井纵横波速度，利用所述目标方程OPJ对射孔开展定位分析，反演出射孔各向异性参数；将反演出的射孔各向异性参数作为微地震事件初始各向异性参数，以微地震事件初始各向异性参数为参数约束，以微地震事件初始定位结果为空间约束，在扰动范围内，利用所述目标方程OPJ对微地震事件做进一步的层析定位处理，获得定位精度更高的微地震事件最终定位结果。

Description

一种各向异性矢量波场井地联合定位方法

技术领域

本发明属于微地震监测信号处理技术领域，尤其涉及一种各向异性矢量波场井地联合定位方法。

背景技术

微地震压裂监测技术是非常规致密砂岩气、页岩气藏储层油气田开发中一项关键技术之一，根据反演定位出的震源信息，可以获得裂缝属性(主应力走向、裂缝宽度、密度等)，用来评价压裂效果，分析裂缝诱发规律，优化布井等。因此，在微地震信号处理中，最终目的是震源定位，亦称为微地震信号处理最核心技术。

微地震监测主要分为地面微地震与井中微地震。地面微地震特点是，采用常规地面检波器，对微地震信号进行采集，其采集方式类似于井中地震VSP。地面微地震检波器个数多，具有多种排列分布，能够充分采集微地震信号，但是由于地下震源与检波器距离较远，接收到的微地震信号较弱，因而地面微地震定位具有较稳定但精度不够高等特点。而井中微地震特点是利用井下三分量检波器放置在观测井段，接收微地震全波场信号，相对于地面微地震监测，井中接收到的数据信噪比较高、微地震事件个数与类型较丰富。但是，与地面成百上千个检波器网状监测不同，由于井中微地震检波器个数有限(一般12至32级三分量井中检波器)，井中微地震检波器放于垂直井段且检波器之间的间距一般为10米，导致监测范围较小，因此井中微地震定位方法容易出现不稳定、精度不高的微地震定位结果。为了解决这一技术问题，需开发定位精度更高的新的定位方法。

目前，井中微地震定位方法主要有两种思路：一是基于P波、S波事件旅行时正演，代表算法有网络搜索法、模拟退火法、geiger法等，其优点是容易实现，其缺点是由于初至相位信号弱导致P波、S波事件旅行时难以准确拾取，影响定位结果；二是基于波动方程褶积，代表算法有干涉法、逆时偏移法、被动源成像法，其优点是不需要拾取事件初至，其缺点是对资料信噪比、速度模型要求高、检波器个数要求较多数量，计算成本高。三是各向异性与各向同性走时计算区别，在各向异性介质中，用各向同性走时计算误差较大，相应定位误差亦较大。

针对在非常规致密砂岩气、页岩气藏储层压裂微地震开发中，地层存在非均质性，属于各向异性介质，微地震纵横波走时及传播路径不同于各向同性，无论是井中微地震还是地面微地震，都不能同时保证微地震事件径向、深度两个方向兼顾高精度定位。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提出了一种基于各向异性介质矢量波场纵横波井中微地震与地面微地震联合定位方法，考虑地层各向异性对纵横波走时影响，由此消除或减少微地震事件定位的不稳定性、不准确性，以满足煤层气、页岩气等非常规微地震监测需要。该方法主要包括以下步骤：

S1，利用地面矢量检波器采集井下微地震信号，基于微地震信号纵横波瞬时振幅对微地震事件进行初步定位，估算出微地震事件初始定位结果RT_event＝{L_event,Z_event}，其中，L_event、Z_event分别为描述微地震事件空间位置的径向坐标、深度坐标；

S2，对各向异性微地震纵波走时定位方程OPJ_P、各向异性微地震横波走时定位方程OPJ_S和各向异性微地震纵横波走时时差定位方程OPJ_PS进行线性组合，建立目标方程OPJ；

S3，拾取井中射孔纵横波走时，结合已知的射孔空间位置和声波测井纵横波速度，利用所述目标方程OPJ对射孔开展定位分析，反演出射孔各向异性参数Δ＝{ε,δ}，其中ε、δ为描述射孔各向异性的两个参数；

S4，将反演出的射孔各向异性参数Δ＝{ε,δ}作为微地震事件初始各向异性参数，以微地震事件初始各向异性参数为参数约束，以微地震事件初始定位结果为空间约束，在扰动范围内，利用所述目标方程OPJ对微地震事件做进一步的层析定位处理，获得定位精度更高的微地震事件最终定位结果。

根据本发明的实施例，上述步骤S1包括以下步骤：

S11，利用地面矢量检波器采集井下微地震信号，拾取微地震纵横波瞬时振幅，建立地面第1个检波器与地面其他检波器的微地震振幅互相关函数f(n)；

S12，对互相关函数f(n)进行曲线拟合，寻找互相关函数f(n)过零点时的先后两个相邻检波器序号N、N+1，再根据所述两个检波器的已知的径向坐标与纵横波走时，结合声波速度，估算出微地震事件初始定位结果RT_event＝{L_event,Z_event}。

根据本发明的实施例，上述步骤S11包括以下步骤：

利用地面矢量检波器采集井下微地震信号，从微地震信号矢量波场中，以纵横波振幅绝对值的最大值为中心，加相同宽度时窗，拾取微地震纵横波瞬时振幅，将地面第1个检波器与地面其他检波器的微地震瞬时振幅进行互相关，建立互相关函数f(n)：

其中，M为时窗宽度，n为地面检波器序号，A_1,P(i)、A_1,S(i)分别为时窗内第1个地面检波器纵横波瞬时振幅值，A_n,P(i)、A_n,S(i)分别为时窗内第n个地面检波器纵横波瞬时振幅值。

根据本发明的实施例，上述步骤S12包括以下步骤：

对互相关函数f(n)进行曲线拟合，寻找其过零点时相邻检波器的序号，假设为N、N+1，拾取地面微地震检波器N、N+1的纵横波走时t_N,P、t_N,S、t_N+1,P、t_N+1,S，根据已知的声波测井速度模型，按照下式估算微地震事件初始定位结果RT_event＝{L_event,Z_event}：

L_event＝(L_N,receiver+L_N+1,receiver)/2

其中，L_N,receiver、L_N+1,receiver分别为第N个、第N+1个地面检波器径向坐标，

Z_event＝(Z_P,event+Z_S,event)/2

其中，Z_P,evevt、Z_S,evevt分别为微地震事件纵横波地面检波器自激自收垂向深度，H_model,j、V_Pj、V_Sj分别为已知声波测井速度模型中的第j层厚度、纵波速度、横波速度，并假设微地震事件发生在速度模型中的第K层内，V_PK、V_SK分别为第K层内的纵波速度、横波速度。

根据本发明的实施例，上述目标方程OPJ为：

OPJ＝OPJ_S+0.1·OPJ_P+0.01·OPJ_PS

其中，T_well,P、T_well,S分别为已知拾取的井中微地震纵横波走时，

分别为需要反演的井中微地震纵横波走时。

根据本发明的实施例，上述步骤S3包括以下步骤：

S31,拾取井中射孔纵横波走时T_well,shoot,P、T_well,shoot,S，将其和已知的射孔空间位置和声波测井纵横波速度代入所述目标方程OPJ，获得射孔目标方程OPJ_shoot：

OPJ_shoot＝OPJ_shoot,S+0.1·OPJ_shoot,P+0.01·OPJ_shoot,PS

其中，OPJ_shoot，S为射孔各向异性横波走时定位方程、OPJ_shoot，P为射孔各向异性纵波走时定位方程、OPJ_shoot，PS为射孔各向异性纵横波时差定位方程，T_well,shoot,P、T_well,shoot,S为已知拾取的井中射孔纵横波走时；

为需要反演的井中射孔纵横波走时；

S32,反演射孔各向异性，利用以下偏导方程求解出射孔各向异性参数ε、δ：

根据本发明的实施例，反演出的射孔各向异性参数Δ＝{ε,δ}满足以下条件：所述射孔各向异性参数Δ＝{ε,δ}能够使得所述射孔目标方程OPJ_shoot的值达到最小。

根据本发明的实施例，上述步骤S4包括以下步骤：

S41，将反演出的射孔各向异性参数Δ＝{ε,δ}作为微地震事件初始各向异性参数；

S42,拾取井中微地震事件纵横波走时T_well,event,P、T_well,event,S，将其和所述微地震事件初始各向异性参数以及已知的声波测井纵横波速度代入所述目标方程OPJ，获得微地震事件目标方程OPJ_event，

OPJ_event＝OPJ_event,S+0.1·OPJ_event,P+0.01·OPJ_event,PS

其中，OPJ_event,S为微地震事件各向异性横波走时定位方程、OPJ_event,P为微地震事件各向异性纵波走时定位方程、OPJ_event,PS为微地震事件各向异性纵横波时差定位方程，T_well,event,P、T_well,event,S为已知拾取的井中微地震事件纵横波走时；

为需要反演的井中微地震事件纵横波走时；

S43,以微地震事件初始各向异性参数为参数中心，以微地震事件初始定位结果为空间位置中心，在扰动范围内，利用所述微地震事件目标方程OPJ_event，对描述微地震事件空间位置的径向坐标L_event、深度坐标Z_event以及微地震事件各向异性参数ε、δ进行反演，利用以下偏导方程求解出微地震事件最终定位结果：

根据本发明的实施例，利用最小二乘法或网格搜索法求解步骤S4中的偏导方程，具体包括以下步骤：

在扰动范围内，针对每个微地震事件各向异性参数可能值，反演出与之对应的描述微地震事件空间位置的径向坐标、深度坐标，并据此反演相应的井中微地震事件纵横波走时，计算反演的井中微地震事件纵横波走时与拾取的井中微地震事件纵横波走时之间的误差；

寻找所有可能误差中的最小值，与所述最小值对应的径向坐标、深度坐标以及各向异性参数即为微地震事件最终定位结果以及相应的修正后的微地震事件各向异性参数。

根据本发明的实施例，上述步骤S4获得的微地震事件最终定位结果满足以下条件：根据步骤S4获得的微地震事件最终定位结果反演的井中微地震事件纵横波走时与拾取的井中微地震事件纵横波走时之间的误差达到最小。

与现有技术相比，本发明具有如下优点或有益效果：

本发明提供的一种各向异性矢量波场井地联合定位方法，是一种微地震定位精度更高的、效果更好的微地震处理方法。首先，相比各向同性，本发明提出的定位方法考虑到地层各向异性，反演的纵横波走时更接近实际观测值。其次，本发明提出的定位方法考虑非常规(如页岩气)储层存在各向异性，高精度反演纵横波走时，通过对P波走时、S波走时、PS波时差进行线性组合，建立更为实用的井地联合定位目标方程(以下简称目标方程)，然后结合地面微地震矢量波场，通过地面微地震纵横波矢量波场振幅相关分析，快速获得微地震事件初始定位结果，然后利用所述目标方程，开展各向异性井中微地震射孔定位分析，获得微地震事件初始各向异性参数值，最后最后利用目标方程，通过各向异性井中微地震纵横波层析定位分析，获得微地震事件定位精度更高的微地震事件定位结果。

与目前常见纵横波组合比较，本发明采用地面微地震与井中微地震联合监测，只要能够获得丰富微地震信号，通过准确的定位技术，就能够获得丰富的裂缝属性(主应力走向、裂缝宽度、密度等)，可以用来评价压裂效果，分析裂缝诱发规律，优化布井等。本发明提供的定位方法的简单易行、误差可控，能够为井中微地震定位处理提供可靠的技术保障。

本发明的其他优点、目标，和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书，权利要求书，以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图用来提供对本申请的技术方案或现有技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分。其中，表达本申请实施例的附图与本申请的实施例一起用于解释本申请的技术方案，但并不构成对本申请技术方案的限制。

图1是本发明实施例一采用的定位方法的工作原理图；

图2是本发明实施例二的地面与井中联合微地震观测系统侧视图：检波器位置、事件位置；

图3a是本发明实施例二的地面检波器监测到的微地震信号矢量波场的径向分量的示意图；

图3b是本发明实施例二的地面检波器监测到的微地震信号矢量波场的垂向分量的示意图；

图4是本发明实施例二的井中检波器监测到的微地震信号纵横波走时曲线图；

图5是基于图3的地面检波器微地震振幅互相关函数f(n)的统计图；

图6是本发明实施例二的地面微地震快速定位结果与事件真实位置的对比的示意图；

图7是本发明实施例二的井地联合定位结果与事件真实位置的对比的示意图。

具体实施方式

以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成相应技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。本申请实施例以及实施例中的各个特征，在不相冲突前提下可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。

实施例一

本发明提供了一种各向异性矢量波场井地联合定位方法。该方法通过对地面微地震纵横波矢量波场振幅做相关分析，获得微地震事件初始定位结果，然后开展各向异性井中微地震射孔定位分析，获得射孔各向异性参数值，作为微地震事件初始各向异性参数，最后通过各向异性井中微地震纵横波层析定位分析，获得精度更高的微地震事件定位结果以及相应的修正后的微地震事件各向异性参数。简言之，本发明先开展地面微地震定位获得稳定的初始定位结果，再联合井中微地震定位，以此获得高精细定位结果。图1示出了该定位方法的工作原理图。该方法大致可以划分为以下四个步骤：

第一步是根据微地震地面矢量检波器接收到的纵横波振幅信息，建立地面第1个检波器与地面其他检波器微地震振幅互相关函数f(n)＝A(1)*A(n)；然后通过曲线拟合互相关函数f(n)，寻找过零点时的两个相邻检波器序号N、N+1，再根据该两个检波器的已知的径向坐标与拾取的纵横波走时，结合已知声波速度，简单地估算出微地震事件初始定位结果RT_event＝{L_event,Z_event}；

第二步是建立各向异性井中微地震纵横波联合定位目标方程OPJ(以下简称目标方程OPJ)；

第三步是输入已知的声波速度、射孔纵横波走时、已知的射孔空间位置到目标方程OPJ中，反演出的射孔的各向异性参数ε、δ，将其作为微地震事件初始各向异性参数；

第四步是利用井中微地震目标方程OPJ，开展微地震事件层析定位分析，即：以微地震事件初始定位结果作为空间位置中心、以微地震事件初始各向异性参数为参数中心，设置相应的扰动范围，根据目标方程OPJ，反演出微地震事件最终定位空间位置RT^* _event＝{L^* _event,Z^* _event}以及相应的修正后的微地震事件各向异性参数Δ^*＝{ε^*,δ^*}。

下面详细地介绍上述各步骤的实施过程。

首先，利用地面矢量检波器采集井下微地震信号，拾取微地震纵横波瞬时振幅，建立地面第1个检波器与地面其他检波器微地震振幅互相关函数：

f(n)＝A(1)*A(n)。

在具体操作中，从微地震信号地面检波器采集的矢量波场中，以纵横波振幅绝对值最大值为中心，加相同宽度时窗，获取纵横波瞬时振幅值，并将地面第1个检波器与地面其他检波器微地震瞬时振幅进行互相关：

其中，M为时窗宽度，n为地面检波器序号，A_1,P(i)、A_1,S(i)分别为时窗内第1个地面检波器纵横波瞬时振幅值，A_n,P(i)、A_n,S(i)分别为时窗内第n个地面检波器纵横波瞬时振幅值。

然后，对互相关函数f(n)进行曲线拟合，寻找函数f(n)过零点时的先后两个相邻检波器序号N、N+1，再根据该两个检波器相应的已知径向坐标与纵横波走时，结合已知声波速度，估算出微地震事件初始定位结果RT_event＝{L_event,Z_event}。

通过拟合曲线找到函数f(n)过零点时相邻检波器序号，假设为N、N+1。拾取地面微地震检波器N、N+1纵横波走时t_N,P、t_N,S、t_N+1,P、t_N+1,S，由已知的声波测井速度模型，快速估算出微地震事件径向位置L_event、深度位置Z_event：

L_event＝(L_N,receiver+L_N+1,receiver)/2 (2)

Z_event＝(Z_P,event+Z_S,event)/2 (3)

其中，L_N,receiver、L_N+1,receiver分别为已知的第N个、第N+1个地面检波器径向坐标，Z_P,evevt、Z_S,evevt分别为微地震事件纵横波地面检波器自激自收垂向深度，H_model,j、V_Pj、V_Sj分别为已知声波测井速度模型中的第j层厚度、纵波速度、横波速度，并且假设微地震事件发生在速度模型中的第K层内，V_PK、V_SK分别为第K层内的纵波速度、横波速度。将上述地面观测快速定位出的微地震事件空间位置RT_event＝{L_event,Z_event}，作为微地震事件初始定位结果。

其次，建立本发明各向异性井中微地震定位目标方程OPJ，

OPJ＝OPJ_S+0.1·OPJ_P+0.01·OPJ_PS (6)

其中，OPJ_S、OPJ_P、OPJ_PS分别为各向异性微地震横波走时定位目标方程、各向异性微地震纵波走时定位目标方程，以及各向异性微地震纵横波走时时差定位目标方程。

其中，T_well,P、T_well,S分别为已知拾取的井中微地震纵横波走时，

分别为需要反演的井中微地震纵横波走时，并且目标方程OPJ是射孔或微地震事件空间位置(径向坐标L、深度坐标Z)、各向异性参数(ε、δ)、纵横波速度(V_P0、V_S0)等6个参数的相关函数。

然后，开展射孔定位分析：输入拾取的井中射孔纵横波走时、射孔空间位置、声波测井纵横波速度，利用目标方程OPJ，对射孔各向异性参数进行反演，将获得的射孔各项异性参数作为微地震事件初始各向异性参数。

具体地，拾取井中观测到的射孔纵横波走时T_well,shoot,P、T_well,shoot,S作为实际观测值，结合已知声波测井纵横速度、已知射孔空间位置，代入上述本发明目标方程OPJ，具体表示为：

OPJ_shoot＝OPJ_shoot,S+0.1·OPJ_shoot,P+0.01·OPJ_shoot,PS (10)

由于射孔位置已知，此时仅反演射孔所在地层各向异性参数：

在此，优选采用最小二乘法或网格搜索法求解上述偏导方程，寻找一组各向异性参数Δ＝{ε,δ}，使得反演出的射孔纵横波走时无限接近实际观测值(即拾取的井中射孔纵横波走时)。

最后，利用本发明各向异性井中微地震定位目标方程OPJ，对微地震事件作层析定位处理，以此获得精度更高的微地震事件定位结果。

具体地，将反演出的射孔各向异性参数Δ＝{ε,δ}作为微地震事件初始各向异性参数；拾取井中观测到的微地震事件纵横波走时T_well,event,P、T_well,event,S作为实际观测值，将它和所述微地震事件初始各向异性参数以及已知的声波测井纵横波速度代入所述目标方程OPJ，获得井中微地震事件目标方程OPJ_event，

OPJ_event＝OPJ_event,S+0.1·OPJ_event,P+0.01·OPJ_event,PS (15)

其中，OPJ_event,S为微地震事件各向异性横波走时定位方程、OPJ_event,P为微地震事件各向异性纵波走时定位方程、OPJ_event,PS为微地震事件各向异性纵横波时差定位方程。

其中，T_well,event,P、T_well,event,S为已知拾取的井中微地震事件纵横波走时；

为需要反演的井中微地震事件纵横波走时。

由于微地震事件所在位置的各向异性参数与射孔所在位置的各向异性参数存在细微差异，这种差异会导致利用射孔各向异性参数进行微地震事件定位所获得的微地震事件定位结果可能存在较大误差。为了解决这种问题，本发明利用层析思路，进一步求解本发明微地震事件目标方程OPJ_event。

不同的是，除了反演用于描述微地震事件空间位置的径向坐标L_event、深度坐标Z_event之外，同时还反演微地震事件各向异性参数ε、δ，也就是说，此时式(15)不仅是微地震事件径向坐标L_event、深度坐标Z_event的函数，还是微地震事件各向异性参数ε、δ的函数，利用以下四组偏导方程实现层析反演：

在此，同样采用最小二乘法或网格搜索法来求解上述四组偏导方程，具体过程为：以微地震事件定位初始位置RT_event＝{L_event,Z_event}为中心，根据精度要求，针对每个事件，建立微地震事件空间网格

同样以射孔各向异性参数Δ＝{ε,δ}为中心，建立微地震事件各向异性参数网格

针对微地震事件，每个各向异性参数范围内所有可能值，反演对应的微地震事件空间位置径向坐标、深度坐标，相应地射线追踪正演出纵横波初至走时，代入式(15)，计算走时误差；寻找所有可能误差中的最小值，此时与所述最小误差值对应的微地震事件空间位置和微地震事件各向异性参数，为最终反演出的微地震事件层析定位结果RT^* _event＝{L^* _event,Z^* _event}和与之对应的修正后的微地震事件各向异性参数Δ^*＝{ε^*,δ^*}。

实施例二

在本实施例中，利用现有的井中微地震模型数据来验证利用本发明的方法获得的微地震事件定位结果的准确性。

如图2所示，模型为三层水平层状，最深一层为各向异性，其他两层为各向同性，采用地面、井中联合监测微地震信号。其中，地面检测检波器个数为86且为2分量接收(分为径向分量与垂向分量)(位置位于图2中深度为0的一系列三角形)，井中监测采用32级井下检波器(位置位于图2中垂向坐标的一系列三角形)，总共设置60个事件信号(包含一个射孔信号)(位置位于模型第三层的一系列实心圆形)，地面检波器之间间距为20米且径向分量方向水平朝左、垂向分量方向垂直向下，井中检波器之间间距为10米。本发明举例之前，利用已有高精度射线追踪算法，根据图2观测方式与微地震事件真实位置及各向异性参数(如表1)，正演出每个震源点达到地面检波器径向分量、垂向分量的纵横波矢量波场(如图3所示)，同时正演出每个震源点达到井中检波器纵横波走时(如图4所示)，将这些作为已知观测值，用来开展阐述本发明方法微地震定位效果。应当指出的是，本实施例不考虑横向变化速度影响，即VTI介质，另外，声波测井提供纵横波垂向速度模型作为已知输入。

表1微地震模型事件空间坐标以及相应的各向异性参数列表

首先，在图3所示的微地震信号地面检波器采集的矢量波场中，针对有极性变化特点的径向分量，以最大振幅大小为中心点，加相同宽度时窗，获取纵横波一系列微地震信号地面接收瞬时振幅值。根据式(1)，构建地面第1个检波器与地面其他检波器微地震瞬时振幅互相关函数(如图5所示)。

拟合互相关函数f(n)，寻找过零点时对应的相邻检波器序号N、N+1，同时拾取两个检波器对应的纵横波走时t_N,P、t_N,S、t_N+1,P、t_N+1,S，输入已知的声波测井纵横波速度模型，利用式(2)～(5)，就能实现微地震地面监测快速定位，微地震事件初始定位结果如图(6)(误差结果如表3所示)。可以看出，事件真实位置(图6中实心圆)与地面微地震快速定位结果(图6中空心圆)存在一定误差，后续联合井中微地震，就是要进一步减少误差，提高定位精度。

然后，开展本发明射孔定位分析，获得微地震事件各向异性参数初始值。根据本发明各向异性井中微地震纵横波线性加权目标方程(式(6)～(9))，输入射孔纵横波走时，获得射孔各向异性纵横波定位式(10)～(13)。由于射孔位置已知，定位反演仅仅计算各向异性参数。

具体操作时，将表1中第一个事件看成是射孔，输入纵横波速度模型、纵横波走时、已知射孔位置，求解式(14)。用最小二乘法或网格搜索法求解，其中设定各向异性参数ε范围选取[0，0.7]且精度要求是0.001、各向异性参数δ范围选取[-0.1，0.1]且精度要求是0.001，通过式(14)求解，反演结果如表2所示。将射孔定位反演出的各向异性参数，当作微地震事件井中微地震定位初始值输入。

表2本发明射孔各向异性参数反演值与真实值对比

射孔	各向异性参数ε	各向异性参数δ
			真实值	0.25088	-0.05282
本发明反演值	0.251	-0.051

最后，为了进一步提高定位精度，再次利用本发明井中微地震定位式(6)～(9)，输入井中微地震纵横波走时(如图4)，目标方程变成式(15)～(18)，采用层析思路，求解式(19)，即可实现。

具体操作时，以地面微地震快速定位结果为事件位置搜索范围中心，以射孔定位反演出的各向异性参数为事件各向异性参数反演搜索范围中心，采用径向+/-25米、深度+/-10米范围且精度为1米、各向异性参数ε+/-0.3、各向异性参数δ+/-0.05为范围且精度为0.001，利用式(19)，同时反演微地震事件空间位置与各向异性参数，直至纵横波走时误差进一步减小且无限接近观测真实值，从而获得最终微地震事件定位结果(如图7所示)。

表3为用本发明地面微地震快速定位与井地联合定位微地震事件空间位置对比，可以看出，定位系统误差径向从7米进一步减少到1米，验证了本发明井地联合定位获得更稳定的更高精度的事件定位结果。

表3本发明地面微地震快速定位与井地联合定位微地震事件空间位置对比

在此，应该理解的是，尽管上文已经描述了所公开系统和方法的示例性实施例，但是它们仅用于示例性的目而并非加以限制。本公开并非是详尽的，并且不限制所公开的精确形式。因此，在不脱离本公开广度或范围的情况下，可根据上述教导进行修改及变型，或者从本公开的实践中获知修改及变型。

Claims (9)

1.一种各向异性矢量波场井地联合定位方法，包括以下步骤：

S1，利用地面矢量检波器采集井下微地震信号，基于微地震信号纵横波瞬时振幅对微地震事件进行初步定位，估算出微地震事件初始定位结果RT_event＝{L_event,Z_event}，其中，L_event、Z_event分别为描述微地震事件空间位置的径向坐标、深度坐标；

S2，对各向异性微地震纵波走时定位方程OPJ_P、各向异性微地震横波走时定位方程OPJ_S和各向异性微地震纵横波走时时差定位方程OPJ_PS进行线性组合，建立目标方程OPJ；

S3，拾取井中射孔纵横波走时，结合已知的射孔空间位置和声波测井纵横波速度，利用所述目标方程OPJ对射孔开展定位分析，反演出射孔各向异性参数Δ＝{ε,δ}，其中ε、δ为描述射孔各向异性的两个参数；

S4，将反演出的射孔各向异性参数Δ＝{ε,δ}作为微地震事件初始各向异性参数，以微地震事件初始各向异性参数为参数约束，以微地震事件初始定位结果为空间约束，在扰动范围内，利用所述目标方程OPJ对微地震事件做进一步的层析定位处理，获得定位精度更高的微地震事件最终定位结果；

所述目标方程OPJ为：

OPJ＝OPJ_S+0.1·OPJ_P+0.01·OPJ_PS

其中，T_well,P、T_well,S分别为已知拾取的井中微地震纵横波走时，

分别为需要反演的井中微地震纵横波走时。

2.根据权利要求1所述的定位方法，其特征在于，所述步骤S1包括以下步骤：

S11，利用地面矢量检波器采集井下微地震信号，拾取微地震纵横波瞬时振幅，建立地面第1个检波器与地面其他检波器的微地震振幅互相关函数f(n)；

S12，对互相关函数f(n)进行曲线拟合，寻找互相关函数f(n)过零点时的先后两个相邻检波器序号N、N+1，再根据所述两个相邻检波器的已知的径向坐标与纵横波走时，结合声波速度，估算出微地震事件初始定位结果RT_event＝{L_event,Z_event}。

3.根据权利要求2所述的定位方法，其特征在于，所述步骤S11包括以下步骤：

利用地面矢量检波器采集井下微地震信号，从微地震信号矢量波场中，以纵横波振幅绝对值的最大值为中心，加相同宽度时窗，拾取微地震纵横波瞬时振幅，将地面第1个检波器与地面其他检波器的微地震瞬时振幅进行互相关，建立互相关函数f(n)：

其中，M为时窗宽度，n为地面检波器序号，i为所述时窗内的样点序号，A_1,P(i)、A_1,S(i)分别为时窗内第1个地面检波器第i个样点的纵横波瞬时振幅值，A_n,P(i)、A_n,S(i)分别为时窗内第n个地面检波器第i个样点的纵横波瞬时振幅值，A(1)为地面第1个检波器的微地震瞬时振幅，A(n)为地面第n个检波器的微地震瞬时振幅。

4.根据权利要求2所述的定位方法，其特征在于，所述步骤S12包括以下步骤：

对互相关函数f(n)进行曲线拟合，寻找其过零点时相邻检波器的序号，假设为N、N+1，拾取地面微地震检波器N、N+1的纵横波走时t_N,P、t_N,S、t_N+1,P、t_N+1,S，根据已知的声波测井速度模型，按照下式估算微地震事件初始定位结果RT_event＝{L_event,Z_event}：

L_event＝(L_N,receiver+L_N+1,receiver)/2

其中，L_N,receiver、L_N+1,receiver分别为第N个、第N+1个地面检波器径向坐标，Z_event＝(Z_P,event+Z_S,event)/2

其中，Z_P,evevt、Z_S,evevt分别为微地震事件纵横波地面检波器自激自收垂向深度，H_model,j、V_Pj、V_Sj分别为已知声波测井速度模型中的第j层厚度、纵波速度、横波速度，并假设微地震事件发生在速度模型中的第K层内，V_PK、V_SK分别为第K层内的纵波速度、横波速度。

5.根据权利要求1所述的定位方法，其特征在于，所述步骤S3包括以下步骤：

S31,拾取井中射孔纵横波走时T_well,shoot,P、T_well,shoot,S，将其和已知的射孔空间位置和声波测井纵横波速度代入所述目标方程OPJ，获得射孔目标方程OPJ_shoot：

OPJ_shoot＝OPJ_shoot,S+0.1·OPJ_shoot,P+0.01·OPJ_shoot,PS

其中，OPJ_shoot，S为射孔各向异性横波走时定位方程、OPJ_shoot，P为射孔各向异性纵波走时定位方程、OPJ_shoot，PS为射孔各向异性纵横波时差定位方程，T_well,shoot,P、T_well,shoot,S为已知拾取的井中射孔纵横波走时；

为需要反演的井中射孔纵横波走时；

S32,反演射孔各向异性，利用以下偏导方程求解出射孔各向异性参数ε、δ：

6.根据权利要求5所述的定位方法，其特征在于，反演出的射孔各向异性参数Δ＝{ε,δ}满足以下条件：所述射孔各向异性参数Δ＝{ε,δ}能够使得所述射孔目标方程OPJ_shoot的值达到最小。

7.根据权利要求1所述的定位方法，其特征在于，所述步骤S4包括以下步骤：

S41，将反演出的射孔各向异性参数Δ＝{ε,δ}作为微地震事件初始各向异性参数；

S42,拾取井中微地震事件纵横波走时T_well,event,P、T_well,event,S，将其和所述微地震事件初始各向异性参数以及已知的声波测井纵横波速度代入所述目标方程OPJ，获得微地震事件目标方程OPJ_event，

OPJ_event＝OPJ_event,S+0.1·OPJ_event,P+0.01·OPJ_event,PS

其中，OPJ_event,S为微地震事件各向异性横波走时定位方程、OPJ_event,P为微地震事件各向异性纵波走时定位方程、OPJ_event,PS为微地震事件各向异性纵横波时差定位方程，T_well,event,P、T_well,event,S为已知拾取的井中微地震事件纵横波走时；

为需要反演的井中微地震事件纵横波走时；

S43,以微地震事件初始各向异性参数为参数中心，以微地震事件初始定位结果为空间位置中心，在扰动范围内，利用所述微地震事件目标方程OPJ_event，对描述微地震事件空间位置的径向坐标L_event、深度坐标Z_event以及微地震事件各向异性参数ε、δ进行反演，利用以下偏导方程求解出微地震事件最终定位结果：

8.根据权利要求7所述的定位方法，其特征在于，利用最小二乘法或网格搜索法求解步骤S4中的偏导方程，具体包括以下步骤：

在扰动范围内，针对每个微地震事件各向异性参数可能值，反演出与之对应的描述微地震事件空间位置的径向坐标、深度坐标，并据此反演相应的井中微地震事件纵横波走时，计算反演的井中微地震事件纵横波走时与拾取的井中微地震事件纵横波走时之间的误差；

寻找所有可能误差中的最小值，与所述最小值对应的径向坐标、深度坐标以及各向异性参数即为微地震事件最终定位结果以及相应的修正后的微地震事件各向异性参数。

9.根据权利要求8所述的定位方法，其特征在于，所述步骤S4获得的微地震事件最终定位结果满足以下条件：根据步骤S4获得的微地震事件最终定位结果反演的井中微地震事件纵横波走时与拾取的井中微地震事件纵横波走时之间的误差达到最小。

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