CN110967751A - 基于地面浅井监测的微地震事件的定位方法及存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于地面浅井监测的微地震事件的定位方法及存储介质，其定位方法包括以下步骤：采用地面浅井监测方式，获取目标工区中微地震事件的监测记录；基于监测记录，采用震源扫描算法计算得到微地震事件的初步定位信息；基于初步定位信息，通过三维走时定位方法获得微地震事件的二次定位信息；将初步定位信息中的横向坐标与二次定位信息中的纵向坐标进行组合作为微地震事件的震源坐标，以实现对微地震事件的定位。特别适用于观测点少且记录为三分量记录的应用场景，可高效实现定位，且可以提高整体的定位精度。

Description

基于地面浅井监测的微地震事件的定位方法及存储介质

技术领域

本发明属于石油地球物理勘探技术，特别涉及一种基于地面浅井监测的微地震事件的定位方法及存储介质。

背景技术

微地震压裂监测技术现在已成为致密储层油气田开发中一项常用的监测技术，现阶段主要以井中监测、地面监测为主。

井中监测方式：检波器位于井下、距离压裂裂缝位置近，微地震信号衰减小、接收到的微地震信号强，环境噪声干扰小，信噪比高，但存在着一些局限性，如井下观测要求检波器能够适应井下恶劣环境、对设备要求高、成本较大、监测范围有限，以及不适合进行永久监测等。

地面监测方式在压裂井段上方地面布设若干接收点或测线进行微地震监测。与井中监测相比，由于地面环境噪声干扰多、地层吸收衰减较大、传播路径复杂等原因，地面监测资料信号能量弱、信噪比低，但地面检波器布设容易，布设范围广，并且不需要观测井，避免了无观测井等因素的限制。

考虑到井中和地面微地震监测方式的各种影响因素，地面浅井微地震监测方式，采用稀疏台站观测，将检波器埋置在地面浅井中接收微地震信号。相比地面微地震监测，浅井中接收能避免地表低速带引起的定位误差；能有效减少地面环境噪音影响、减小地表浅层对微地震信号的衰减，微地震信号能量更强、频带更宽、信噪比更高，可以减少观测点数，有效地减少监测成本。相比井中微地震监测，地面浅井微地震监测有更多的检波器的数量和更广的观测范围，增加了统计效应，有利于提高监测结果的精度，这种监测方式还可用于油气田开发区，进行永久性的埋置监测，是一种经济有效的微地震监测观测方式。

微地震定位方法上来说地面监测主要以单分量数据的震源扫描方法为主，在横向定位有一定的优势，深度定位误差大；而井中微地震监测主要以走时反演方法为主，由于受观测范围的限制，反演的结果是二维结果，造成横向定位误差大，纵向定位精度高。

地面浅井微地震监测方式从监测方式上来说是地面监测和井中监测的集合，它采用井中三分量检波器模式、地面平面多站点的方式接收记录，是一种三维观测系统下，多波场的记录，因此地面浅井监测数据的格式与以往的两种监测方式不同，以现有的地面及井中的定位方法不足以体现地面浅井监测方式的优势。

发明内容

本发明所要解决的技术问题之一是提出一种基于地面浅井监测的微地震事件的定位方法，将震源扫描算法与走时反演定位方法结合，以高效精确的实现对震源位置的定位。

为了解决上述技术问题，本申请的实施例首先提供一种基于地面浅井监测的微地震事件的定位方法，其包括以下步骤：

采用地面浅井监测方式，获取目标工区中微地震事件的监测记录；

基于所述监测记录，采用震源扫描算法计算得到所述微地震事件的初步定位信息；

基于所述初步定位信息，通过三维走时定位方法获得所述微地震事件的二次定位信息；

将所述初步定位信息中的横向坐标与所述二次定位信息中的纵向坐标进行组合作为所述微地震事件的震源坐标，以实现对所述微地震事件的定位。

优选地，基于所述监测记录，采用震源扫描算法计算得到微地震事件的初步定位信息，具体为；

在给定的时空域内对监测记录中各道记录进行包络叠加成像，以得到与所述时空域的空间域对应的能量叠加谱；

将所述能量叠加谱中能量最大点的位置信息作为所述初步定位信息。

优选地，在所述时空域中内对监测记录中各道记录进行包络叠加成像，以得到与所述时空域的空间域对应的能量叠加谱具体为：

在空间域内选择以射孔为中心预定范围内的空间作为扫描空间，分别获取所述扫描空间内各点的叠加能量，以得到描述三维空间的能量叠加谱；

其中，基于所述监测记录和引入的三分量数据跟踪分量，在选定的扫描时窗内分别计算所述监测记录中各道记录所对应的能量，对所述扫描时窗内各道记录所对应的能量进行叠加，以获取所述扫描空间内一点的叠加能量。

优选地，在计算所述监测记录中一道记录所对应的能量时，选取监测记录中已识别到的微地震事件所对应的采样点两侧的所述扫描时窗内所有点的振幅和来表征该点的能量。

优选地，基于以下方式选取所述扫描时窗：

计算目标工区内最远处检波点与震源点之间直达波的波至时差，选取所述波至时差的二倍作为所述扫描时窗的大小。

优选地，所述基于所述监测记录，采用震源扫描算法计算得到微地震事件的初步定位信息，还包括，在给定的时空域内对监测记录中各道记录进行包络叠加成像之前，根据已知射孔的位置对所述监测记录进行动校正，以使监测记录中微地震信号在时间域近似于同步信号。

优选地，所述基于所述初步定位信息，通过三维走时定位方法获得所述微地震事件的二次定位信息，具体包括如下步骤：

基于所述初步定位信息中震源点位置进行正演求得到震源点到各检波点的P波和S波的理论旅行时；

基于所述P波和S波的理论旅行时和监测记录中所记录的波至点，确定震源点到各检波点的P波和S波实际旅行时，进而得震源点到各检波点的P波和S波的实际波至时间；

基于各检波点上P波和S波的实际波至时间之差进行反演，对所述震源进行重新定位，以得到所述二次定位信息。

优选地，所述基于所述P波和S波的理论旅行时和监测记录中所记录的波至点，确定震源点到各检波点的P波和S实际旅行时，具体为：

将所述P波和S波的理论旅行时投影到监测记录上，采用长短时窗法将所述投影归位到监测记录中所对应的道记录的波至点上，以确定震源点到各检波点的P波和S实际旅行时。

优选地，基于以下表达式对所述震源进行重新定位：

其中，x_i、y_i、z_i分别表示已知的检波点i的各坐标值，

x、y、z分别表示微地震事件的震源各坐标值，

ΔT_i表示检波点i上的P波和S波的实际波至时间之差，

v_p、v_s分别表示P波、S波在目标工区的介质中的平均速度。

本申请的实施例还提供了一种存储介质，其中存储有程序，所述程序在被处理器执行时实现如上述实施例中任一项所述的定位方法。

与现有技术相比，上述方案中的一个或多个实施例可以具有如下优点或有益效果：

本申请提出的基于地面浅井监测的微地震事件的定位方法，特别适用于观测点少、记录为三分量记录的地面浅井微地震监测的应用场景，且将震源扫描定位与反演定位相结合，可以提高整体的定位精度。在定位方法中，利用震源扫描定位方法进行初至拾取，无需手动拾取初至，加快计算效率；且在震源扫描算法中引入了三分量数据跟踪分量的进行计算，可提高震源扫描的定位精度。

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是本发明的定位方法的流程示意图；

图2是本发明一实施例的目标工区的速度模型示意图；

图3是本发明一实施例的浅井微地震监测平面观测系统示意图；

图4是本发明一实施例的观测系统下模拟地面浅井微地震监测记录示意图；

图5是本发明一实施例中采用本申请定位方法确定的微地震事件的震源位置示意图；

图6是本发明一实施例中微地震事件的震源的真实位置示意图。

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。

本申请提出的基于地面浅井监测的微地震事件的定位方法，具体包括如下步骤：

首先如图1中步骤S110所示，采用地面浅井监测方式，获取目标工区中微地震事件的监测记录。

本申请提出的定位方法是针对地面浅井监测方式的，地面浅井监测方式的记录为三分量记录。而为获取目标工区中微地震事件的监测记录，需针对目标工区设计浅井微地震监测平面观测系统，通过该系统中的各检波器记录压裂过程中地层破裂产生的信号，以得到微地震事件的监测记录，这些内容为现有技术或不属于本申请要保护的内容，在这里就不作详细说明了。

在获取目标工区中微地震事件的监测记录之后，继续图1中步骤S120，基于监测记录，采用震源扫描算法计算得到微地震事件的初步定位信息。

震源扫描算法的原理是设定一定空间，将其划分成等间距或不等间距的各个网格体，扫描计算各个网格点上到检波器的走时，并将走时动校应用微地震记录中，并对记录进行能量叠加，形成(三维的)能量叠加谱，将其中能量最大的网格点视为微地震事件的震源位置。在本发明中采用震源扫描算法进行粗定位，来得到微地震事件的初步定位信息，其过程如下：

先根据目标工区中已知射孔的位置对监测记录进行动校正，以使监测记录中微地震信号在时间域近似于同步信号。换言之，即对已知震源(射孔)采用拉平的手段使微地震信号在时间域近似于同步信号。

之后，在空间域内选择以射孔为中心预定范围内的空间作为扫描空间，分别获取扫描空间内各点的叠加能量，以得到描述三维空间的能量叠加谱。需要说明的是，预定范围的大小是根据目标工区的具有情况进行相应选择设置的，在这里不作具体限定。本申请中，获取扫描空间内一点的叠加能量的方式具体如下：

基于监测记录和引入的三分量数据跟踪分量，在选定的扫描时窗内分别计算监测记录中各道记录所对应的能量，对扫描时窗内各道记录所对应的能量进行叠加，以获取扫描空间内一点的叠加能量。

进一步的，在计算监测记录中一道记录所对应的能量时，选取监测记录中已识别到的微地震事件所对应的采样点两侧的所述扫描时窗内所有点的振幅和来表征该点的能量。

需要说明的是，这里的扫描时窗的大小为目标工区内最远处检波点与震源点之间直达波的波至时差的两倍。

而为了避免波传播过程中会有与直达波信号相关的反射或折射信号对直达波信号造成干涉，提高算法的抗噪能力，本发明基于如下具有权因子的算法表达式进行能量叠加值的计算：

表示式(1)中，br(η,τ)表示三维空间中点η在震源发震时刻τ的能量叠加值，N为总监测道数，M为时窗长度，δt为采样间隔，t_ηn表示点η到第n个检波器的走时，U_n表示第n道检波器上经过归一化后的微地震记录包络，W_m是根据理论到时与观测到时差确定的权因子。

最后，在得到的能量叠加谱中，将能量叠加谱中能量最大点的位置信息作为初步定位信息。

此外，还需说明的是，在本申请中的震源扫描算法中，引入了三分量数据跟踪分量作为震源扫描算法的辅助参数。跟踪分量是指，在某个空间分量上，一个给定的波的信噪比最大，该分量即为该波的跟踪分量。举例而言，假设将跟踪分量使用到微地震处理时，微地震监测过程中的背景噪声是单平稳的线性偏振噪声，就可认为微地震数据中有效信号的波至方向就是跟踪分量的方向。本申请中引入三分量数据跟踪分量可以使震源扫描算法的精度得到提高。

之后继续图1中步骤S130，基于得到的初步定位信息，通过三维走时定位方法获得微地震事件的二次定位信息。

具体的，首先基于初步定位信息中震源点位置进行正演求得到震源点到各检波点的P波和S波的理论旅行时。

之后，基于得到的P波和S波的理论旅行时和监测记录中所记录的波至点，确定震源点到各检波点的P波和S波实际旅行时。该确定过程具体为：

将P波和S波的理论旅行时投影到监测记录上，以投影到监测记录上的点为基准，上下选取固定的时窗，采用长短时窗法将投影归位到监测记录中所对应的道记录的波至点上，以确定震源点到各检波点的P波和S实际旅行时，进而得震源点到各检波点的P波和S波的实际波至时间；

最后基于各检波点上P波和S波的实际波至时间之差进行反演，对震源进行重新定位，以得到二次定位信息。

具体的，在本申请中基于以下表达式对所述震源进行重新定位：

表达式(2)中，x_i、y_i、z_i分别表示已知的检波点i的各坐标值，x、y、z分别表示微地震事件的震源各坐标值，

ΔT_i表示检波点i上的P波和S波的实际波至时间之差，

v_p、v_s分别表示P波、S波在目标工区的介质中的平均速度。

上述表达式(2)中，只有震源的三个坐标值为未知量。检波点i的坐标是己知的，基于多个检波点建立多个如表达式(2)形式的方程，进行了联立求解，即可以求出震源的各坐标值，得到二次定位信息。

由于基于震源扫描算法得到的初步定位信息的横向定位精度高，而纵横波反演定位算法求得二次定位信息中的纵向定位精度高，因此最终如图1中步骤S140所示，将初步定位信息中的横向坐标与二次定位信息中的纵向坐标进行组合作为微地震事件的震源坐标，以实现对微地震事件的定位。

本申请提出的基于地面浅井监测的微地震事件的定位方法，特别适用于观测点少、记录为三分量记录的地面浅井微地震监测的应用场景，且将震源扫描定位与反演定位相结合，可以提高整体的定位精度。在定位方法中，利用震源扫描定位方法进行初至拾取，无需手动拾取初至，加快计算效率；且在震源扫描算法中引入了三分量数据跟踪分量的进行计算，可提高震源扫描的定位精度。

本申请的实施例还提供了一种存储介质，其中存储有程序，程序在被处理器执行时实现如上述实施例中任一项的定位方法。

下面再结合一实施例对本发明的定位方法的效果进行验证说明。

选取一口垂直井压裂的为实例，对本申请的定位方法进行测试。

根据目标工区的已有的声波测井曲线，得到如图2所示的速度模型(速度模型参数选取17层速度)。

根据速度模型设计如图3所示的网格状地面浅井微地震监测的观测系统。

通过广义反投射系数法，正演108个地面浅井微地震震源模拟记录(带裂缝参数：方位，倾角，滑动角)，该模拟记录如图4所示。

对该模拟记录进行地面浅井微地震资料处理后，采用本申请中震源扫描与纵横波联合联合定位方法，最终求得其定位结果如图5所示。

将图5的结果与已知震源位置(图6所示)进行对比，验证得出计算得到的震源坐标三个方向精度控制在10米范围以内。

通过以上模型记录验证了通过本申请定位方法得到的定位结果精度符合需求，具有一定的可行性。且从监测成本及处理方式上，该方法在地面浅井微地震监测方式的多井长期监测和开发区阶段具有一定的优势。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人员在本发明所揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种基于地面浅井监测的微地震事件的定位方法，包括以下步骤：

采用地面浅井监测方式，获取目标工区中微地震事件的监测记录；

基于所述监测记录，采用震源扫描算法计算得到所述微地震事件的初步定位信息；

基于所述初步定位信息，通过三维走时定位方法获得所述微地震事件的二次定位信息；

将所述初步定位信息中的横向坐标与所述二次定位信息中的纵向坐标进行组合作为所述微地震事件的震源坐标，以实现对所述微地震事件的定位。

2.根据权利要求1所述的定位方法，其特征在于，基于所述监测记录，采用震源扫描算法计算得到微地震事件的初步定位信息，具体为；

在给定的时空域内对监测记录中各道记录进行包络叠加成像，以得到与所述时空域的空间域对应的能量叠加谱；

将所述能量叠加谱中能量最大点的位置信息作为所述初步定位信息。

3.根据权利要求2所述的定位方法，其特征在于，在所述时空域中内对监测记录中各道记录进行包络叠加成像，以得到与所述时空域的空间域对应的能量叠加谱，具体为：

在空间域内选择以射孔为中心预定范围内的空间作为扫描空间，分别获取所述扫描空间内各点的叠加能量，以得到描述三维空间的所述能量叠加谱；

其中，基于所述监测记录和引入的三分量数据跟踪分量，在选定的扫描时窗内分别计算所述监测记录中各道记录所对应的能量，对所述扫描时窗内各道记录所对应的能量进行叠加，以获取所述扫描空间内一点的叠加能量。

4.根据权利要求3所述的定位方法，其特征在于，在计算所述监测记录中一道记录所对应的能量时，选取监测记录中已识别到的微地震事件所对应的采样点两侧的所述扫描时窗内所有点的振幅和来表征该点的能量。

5.根据权利要求3所述的定位方法，其特征在于，基于以下方式选取所述扫描时窗：

计算目标工区内最远处检波点与震源点之间直达波的波至时差，选取所述波至时差的二倍作为所述扫描时窗的大小。

6.根据权利要求2所述的定位方法，其特征在于，所述基于所述监测记录，采用震源扫描算法计算得到微地震事件的初步定位信息，还包括，在给定的时空域内对监测记录中各道记录进行包络叠加成像之前，根据已知射孔的位置对所述监测记录进行动校正，以使监测记录中微地震信号在时间域近似于同步信号。

7.根据权利要求1所述的定位方法，其特征在于，所述基于所述初步定位信息，通过三维走时定位方法获得所述微地震事件的二次定位信息，具体包括如下步骤：

基于所述初步定位信息中震源点位置进行正演求得到震源点到各检波点的P波和S波的理论旅行时；

基于所述P波和S波的理论旅行时和监测记录中所记录的波至点，确定震源点到各检波点的P波和S波实际旅行时，进而得震源点到各检波点的P波和S波的实际波至时间；

基于各检波点上P波和S波的实际波至时间之差进行反演，对所述震源进行重新定位，以得到所述二次定位信息。

8.根据权利要求7所述的定位方法，其特征在于，所述基于所述P波和S波的理论旅行时和监测记录中所记录的波至点，确定震源点到各检波点的P波和S实际旅行时，具体为：

将所述P波和S波的理论旅行时投影到监测记录上，采用长短时窗法将所述投影归位到监测记录中所对应的道记录的波至点上，以确定震源点到各检波点的P波和S实际旅行时。

9.根据权利要求7所述的定位方法，其特征在于，基于以下表达式对所述震源进行重新定位：

其中，x_i、y_i、z_i分别表示已知的检波点i的各坐标值，

x、y、z分别表示微地震事件的震源各坐标值，

ΔT_i表示检波点i上的P波和S波的实际波至时间之差，

v_p、v_s分别表示P波、S波在目标工区的介质中的平均速度。

10.一种存储介质，其中存储有程序，所述程序在被处理器执行时实现如权利要求1至9中任一项所述的定位方法。

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