基于四维能量聚焦的地面微地震定位方法

摘要

一种基于四维能量聚焦的地面微地震定位方法，包括以下步骤：（a）根据工区情况采用指定大小的网格将地下模型网格化；（b）针对一个指定网格，计算该网格中微震信号到达各个检波器的到达时刻；（c）将与微震信号到达各个检波器的到达时刻对应的有效波的振幅相加，从而获得叠加能量；（d）获得不同达到时刻下的叠加能量，并将叠加能量中的最大值归位到指定的网格中；（e）通过针对每个网格重复步骤（b）、（c）、（d）获得所有网格的最终能量谱；（f）基于预先设置的阈值对最终能量谱的能量值过滤，从而将能量值大于所述阈值的网格定位为微震有效事件点。

说明书

技术领域

本发明涉及地球物理勘探微地震定位技术，更具体地讲，涉及一种基于四维能量聚焦的地面微地震定位方法。

背景技术

在微震资料处理中，关键的步骤是要准确拾取微震有效事件，最终的目的是要准确定位出微震有效事件的位置，从而进行裂缝预测工作。井中微地震定位主要是通过拾取有效事件的初至波，利用初至时间进行反演来确定震源位置。但是，对于地面接收的微震资料而言，有效信号的能量较弱，完全淹没于噪声之中，微震剖面的信噪比极低，无法对微震资料进行初至拾取。这导致传统的定位方法不适用于微震资料的定位。

因此，需要一种能够在资料信噪比较低的情况下进行微震有效事件定位的方法。

发明内容

在下面的描述中将部分地阐明本发明另外的方面和/或优点，通过描述，其会变得更加清楚，或者通过实施本发明可以了解。

根据本发明的一方面，提供一种地面微地震定位方法，包括以下步骤：（a）根据工区情况采用指定大小的网格将地下模型网格化；（b）针对一个指定网格，计算该网格中微震信号到达各个检波器的到达时刻；（c）将与微震信号到达各个检波器的到达时刻对应的有效波的振幅相加，从而获得叠加能量；（d）获得不同达到时刻下的叠加能量，并将叠加能量中的最大值归位到指定的网格中；（e）通过针对每个网格重复步骤（b）、（c）、（d）获得所有网格的最终能量谱；（f）基于预先设置的阈值对最终能量谱的能量值过滤，从而将能量值大于所述阈值的网格定位为微震有效事件点。

此外，在步骤（b）中，可设定一个检波器作为参考检波器，并且如果微震信号到达该参考检波器的时刻为T₀，则可计算微震信号到达其他检波器的到达时差，从而获得微震信号到达各个检波器的到达时刻。

此外，在步骤（b）中，对于中心坐标为（x_k，y_k，z_k）的指定网格，如果参考检波器的坐标为（x_l，y_l，z_l），则对于坐标为（x_i，y_i，z_i）的检波器，可如下计算微震信号的到达时差：

$>\sqrt{{(x_i-x_k)}^2+{(y_i-y_k)}^2+{(z_i-z_k)}^2}-\sqrt{{(x_l-x_k)}^2+{(y_l-y_k)}^2+{(z_l-z_k)}^2}=v_p\mathrm{\Delta T},$>

其中，v_p表示微震信号的传播速度；其中，微震信号到达坐标为（x_i，y_i，z_i）的检波器的到达时刻为T₀+ΔT。

此外，在步骤（c）中，可如下获得叠加能量E：

f_i，j=s_i，j+n_i，j，$>E=\underset{i=1}{\overset{m}{\Sigma }}\underset{j=1}{\overset{n}{\Sigma }}\left|f_{i,j}\right|,$>

其中，i表示道下标，j表示采样点下标，f_i,j表示微震信号在检波器上的振幅值，s_i,j表示微震信号的有效波的振幅值，n_i,j表示噪声的能量值。

此外，在步骤（d）中，可通过依次改变微震信号到达参考检波器的到达时刻，获得不同达到时刻下的叠加能量。

此外，在步骤（d）中，可通过将所有检波器依次作为参考检波器来依次改变微震信号到达参考检波器的到达时刻。

此外，所述模型的范围可以是整个工区或者是射孔点周围区域。

此外，定位精度越高，网格划分得越小。

附图说明

通过下面结合附图对实施例进行的描述，本发明的这些和/或其他方面和优点将会变得清楚和更易于理解，其中：

图1是示出根据本发明实施例的基于四维能量聚焦的地面微地震定位方法的流程图；

图2是示出采用不同阀值对最终能量谱的能量值进行滤波的效果的示图。

具体实施方式

现在对本发明实施例进行详细的描述，其示例表示在附图中，其中，相同的标号始终表示相同部件。下面通过参照附图对实施例进行描述以解释本发明。

本发明主要的处理技术为四维聚焦定位。四维聚焦定位首先将地下构造网格化，并假定每个网格中心位置存在微震事件；根据已知速度场可以计算网格中微震事件到达各个检波器的时差，设定任意检波器为参考检波器，若已知参考检波器有效信号到达时间为T₀，则可以换算所有检波器有效信号到达时间；将所有检波器有效信号到达时间位置对应振幅相加可以得到一个能量值E，将能量E归位到之前指定的网格位置；将T₀时间遍历整个微震记录，可以获得当前网格的多个能量值E，对于网格中的能量值，每次采用较大值代替较小值，从而得到最终的模型能量谱。依次循环每个网格，就可以得到整个微震记录的能量谱。设置一定的阀值对能量谱进行过滤，在阀值范围内聚焦较好的点（能量值较大）就是微震有效事件点。

图1是示出根据本发明实施例的基于四维能量聚焦的地面微地震定位方法的流程图。

在本实施例中，采用如下原始数据：采样点数为n道数为m的微震资料S_g(i,j)，其中i＝1,2,…,m；j=1,2,…，n。

参照图1，在操作101，根据工区情况采用指定大小的网格将地下模型网格化。在实际操作中，根据具体情况，可选择具体的模型范围（可以是整个工区，也可以是射孔点周围区域），将确定的模型根据定位精度进行网格化，所需定位精度越高，网格要求划分的越小。

在操作102，针对一个指定网格，计算该网格中微震信号到达各个检波器的到达时刻。这里，假设每个网格中都存在微震事件。对于一个指定网格，设定一个检波器作为参考检波器，如果微震信号到达该参考检波器的时刻为T₀，则可计算微震信号到达其他检波器的到达时差，从而获得微震信号到达各个检波器的到达时刻。例如，对于中心坐标为（x_k，y_k，z_k）的指定网格，如果参考检波器的坐标为（x_l，y_l，z_l），则对于坐标为（x_i，y_i，z_i）的检波器，如下计算微震信号的到达时差：

$>\sqrt{{(x_i-x_k)}^2+{(y_i-y_k)}^2+{(z_i-z_k)}^2}-\sqrt{{(x_l-x_k)}^2+{(y_l-y_k)}^2+{(z_l-z_k)}^2}=v_p\mathrm{\Delta T},$>

其中，v_p表示微震信号的传播速度。这样，可以获得微震信号到达坐标为（x_i，y_i，z_i）的检波器的到达时刻T₀+ΔT。通过上述方法，可以获得微震信号到达各个检波器的到达时刻。

在操作103，将与微震信号到达各个检波器的到达时刻对应的有效波的振幅相加，从而获得叠加能量。获得的叠加能量被归位到相应的网格。这里，能量叠加方法可表示为：

f_i，j=s_i，j+n_i，j，$>E=\underset{i=1}{\overset{m}{\Sigma }}\underset{j=1}{\overset{n}{\Sigma }}\left|f_{i,j}\right|,$>

其中，E表示叠加能量，i表示道下标，j表示采样点下标，f_i，j表示微震信号在检波器上的振幅值，s_i，j表示微震信号的有效波的振幅值，n_i，j表示噪声的能量值。

在操作104，通过依次改变微震信号到达参考检波器的到达时刻，获得不同达到时刻下的叠加能量，并使用不同到达时刻下的叠加能量中的较大值替换较小值，从而将叠加能量中的最大值归位到指定的网格中（即，将叠加能量中的最大值作为该网格的能量值）。这里，通过将所有检波器依次作为参考检波器来依次改变微震信号到达参考检波器的到达时刻。

在操作105，通过针对每个网格重复操作102至104获得所有网格的最终能量谱。

在操作106，基于预先设置的阈值对最终能量谱的能量值过滤，保留能留大于阀值的网格，得到能量值大于所述阈值的网格。这里，经过过滤后的网格就是微震有效事件点。

图2是示出采用不同阀值对最终能量谱的能量值进行滤波的效果的示图，其中，图2的a中阀值最大，图2的b中阀值次之。图2的c中阀值最小。这种通过地震信号能量叠加来识别有效信号的方法，很好地解决了低信噪比、消除了初至可用的地面微地震资料的定位问题。

根据本发明实施例的基于四维能量聚焦的地面微地震定位方法可以在资料信噪比较低的情况下进行微震有效事件定位，避免了传统定位方法要求进行初至拾取、对资料信噪比要求较高等不足，满足工业化生产的需求。对于信噪比较低的地面微震资料震源定位具有广阔的应用前景。

虽然已经显示和描述了一些实施例，但是本领域技术人员应该理解，在不脱离本发明的原理和精神的情况下，可以对这些实施例进行修改，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。