基于地震波动力学参数的震源定位方法、处理器及装置

摘要

本发明提供了一种基于地震波动力学参数的震源定位方法、处理器及装置，所述方法包括步骤：获取目标区域的原始地震波数据，识别地震波震相并拾取初至，获得到时初至时间；根据初至获取地震波波段数据；根据到时初至时间进行震源初定位，获得震源初坐标；计算原始地震波的倾角偏振角和方位偏振角；根据震源初定位和观测点坐标，结合倾角偏振角和方位偏振角，进行矢量合成得到新地震波数据；根据地震波倾角偏振角和方位偏振角、新地震波数据和初至建立震源精定位方程，对震源进行精定位。所述处理器被配置成执行所述方法。所述装置包括所述处理器。本发明具有能够实现多方式振动定位、解决主动和被动地震监测中，振动源位置确认难，精度不高等问题。

说明书

技术领域

本发明涉及地震数据监测技术领域，具体地，涉及一种基于地震波动力学参数的震源定位方法、处理器及装置。

背景技术

地震可分为主动地震和被动地震，主要包括三维地震勘探主动源定位、地表振动源定位、天然地震或小尺度天然断层/裂缝等活动导致的小型地震活动，地质灾害引发的振动等，将这些地震或振动统称为振动源，并将这些振动源的地震数据统称为地震数据。随着国民经济的快速发展，油气资源的消费量持续增长，以油气资源为主的地震勘探及工程建设等，均会导致大量振动而激发地震波信号，由于振动源未知且对工程施工和环境的影响较大，因此，如何快速高精度地落实振动源，对于工业生产、工程作业、安防等具有重要意义。

本发明通过地震设备观测记录的地震波信号，利用地震波振幅、极性、初至等信息实现振动源的自动探测和定位，从而为地勘类资源勘查，工程建设风险评估，地质灾害预警等提供重要的技术支撑，解决主动和被动地震监测中，振动源位置确认难，精度不高等技术难题。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术存在的上述不足中的至少一项。例如，本发明的目的之一在于提供一种基于地震波动力学和运动学参数的震源定位方法。又如，本发明的另一目的在于提供一种执行基于地震波动力学和运动学参数的震源定位方法的处理器。

为了实现上述目的，本发明的一方面提供了基于地震波动力学和运动学参数的震源定位方法，其特征在于，所述方法包括步骤：

获取目标区域的原始地震波数据，根据所述原始地震波数据识别地震波震相，对所述地震波震相拾取初至，获得到时初至时间；

根据所述初至获取地震波的波段数据；根据所述到时初至时间进行震源初定位，获得震源初坐标；

利用原始地震波的三个分量计算倾角偏振角和方位偏振角；

根据震源初定位和观测点坐标，结合倾角偏振角和方位偏振角，对原始地震波进行矢量合成，得到新地震波数据，使得这三个分量的P波径向分量指向沿着初定位坐标和观测点的连线；

根据地震波的倾角偏振角和方位偏振角、新地震波数据和初至建立震源精定位方程组，根据不同的观测场景确定方程组的系数，从而对震源进行精定位。

在本发明一方面的一个示例性实施例中，所述方法还可包括步骤：

将获得的震源精定位代替前述步骤中的震源初定位进行迭代，从而提高震源的定位精度。

在本发明一方面的一个示例性实施例中，所述地震波震相可包括P波、S波、或P波和S波均存在。

在本发明一方面的一个示例性实施例中，对P波拾取初至，其到时初至时间可表示为式1，

T

其中，T

在本发明一方面的一个示例性实施例中，对S波拾取初至，其到时初至时间可表示为式2，

T

其中，T

在本发明一方面的一个示例性实施例中，所述根据所述初至获取地震波的波段数据可包括：

结合P波初至，通过式3获取每个观测台站地震波的P波波段数据，

S

其中，S

结合S波初至，通过式4获取每个观测台站地震波的S波波段数据，

S

其中，S

在本发明一方面的一个示例性实施例中，所述实现震源初定位可包括：

对于纵波和横波均能够获取的地震数据，利用式5计算震源初坐标，实现震源初定位；

其中，S(χ

对于只有纵波或横波的振动源波形，利用式6计算震源初坐标，实现震源初定位；

其中，S(χ

在本发明一方面的一个示例性实施例中，所述震源精定位方程组可如式7所示：

其中，S

本发明另一方面提供了一种处理器，被配置成执行上述任意一项所述的基于地震波动力学和运动学参数的震源定位方法。

本发明又一方面提供了一种基于地震波动力学和运动学参数的震源定位的装置，所述装置包括上述的处理器。

与现有技术相比，本发明的有益效果包括以下内容中的至少一项：

(1)本发明的基于地震波动力学和运动学参数的震源定位方法通过地震设备观测记录的地震波信号，利用地震波振幅、极性、初至等信息实现振动源的自动探测和定位，从而为地勘类资源勘查，工程建设风险评估，地质灾害预警等提供重要的技术支撑；

(2)本发明的基于地震波动力学和运动学参数的震源定位方法可应用于水力压裂、深部地热开采、矿山开采、二氧化碳地质封存、储气库注采、废水回注等因人工注采而引起的地下裂缝活动响应，以及天然地震等自然原因引起的震源定位；

(3)本发明的基于地震波动力学和运动学参数的震源定位方法还可应用于油气地震勘探主动震源探测，噪音源探测定位，地质灾害等相关振动源的探测与定位等，具有广泛的工程工业技术应用和科学研究前景。

附图说明

通过下面结合附图进行的描述，本发明的上述和其他目的和/或特点将会变得更加清楚，其中：

图1示出了本发明的一个示例性实施例的基于地震波动力学和运动学参数的震源定位方法的流程示意图。

具体实施方式

在下文中，将结合示例性实施例来详细说明本发明的基于地震波动力学参数的震源定位方法、处理器及装置。

图1示出了本发明的一个示例性实施例的基于地震波动力学和运动学参数的震源定位方法的流程示意图。

在本发明的第一示例性实施例中，基于地震波动力学和运动学参数的震源定位方法，所述方法包括步骤：

获取目标区域的原始地震波数据，根据所述原始地震波数据识别地震波震相，对所述地震波震相拾取初至，获得到时初至时间；

根据所述初至获取地震波的波段数据；根据所述到时初至时间进行震源初定位，获得震源初坐标；

利用原始地震波的三个分量计算倾角偏振角和方位偏振角；

根据震源初定位和观测点坐标，结合倾角偏振角和方位偏振角，对原始地震波进行矢量合成，得到新地震波数据，使得这三个分量的P波径向分量指向沿着初定位坐标和观测点的连线；

根据地震波的倾角偏振角和方位偏振角、新地震波数据和初至建立震源精定位方程组，根据不同的观测场景确定方程组的系数，从而对震源进行精定位。

在本示例性实施例中，所述方法还包括步骤：

将获得的震源精定位代替前述步骤中的震源初定位进行迭代，从而提高震源的定位精度。

在本示例性实施例中，所述地震波震相包括P波、S波、或P波和S波均存在。

在本示例性实施例中，对P波拾取初至，其到时初至时间表示为式1，

T

其中，T

在本示例性实施例中，对S波拾取初至，其到时初至时间表示为式2，

T

其中，T

在本示例性实施例中，所述根据所述初至获取地震波的波段数据包括：

结合P波初至，通过式3获取每个观测台站地震波的P波波段数据，

S

其中，S

结合S波初至，通过式4获取每个观测台站地震波的S波波段数据，S

其中，S

在本示例性实施例中，所述实现震源初定位包括：

对于纵波和横波均能够获取的地震数据，利用式5计算震源初坐标，实现震源初定位；

其中，S(χ

对于只有纵波或横波的振动源波形，利用式6计算震源初坐标，实现震源初定位；

其中，S(χ

在本示例性实施例中，所述震源精定位方程组如式7所示：

其中，S

具体来讲，本发明通过微地震波动力学和运动学特征联合实现振动源的精定位，从而实现多种应用场合下振动源的定位，为工业生产、工程应用等提供方法技术支撑。

如图1中所示，本发明的基于地震波动力学和运动学参数的震源定位方法具体流程如下。

①识别地震波震相，并对震相拾取初至

通过对目标区域上方或周围布设地震仪获取振动源产生的地震波数据(即原始地震波数据)，鉴别地震波数据的类型。这里，地震波的数据类型可包括P波，或S波，或P波和S波均存在。此外，本发明主要针对基于地震波，即任何振动(也包括天然地震等)产生的地震P波和S波，其中，S波包括SV波和SH波，同时，也包括实验室条件下的声发射波形。

对地震波拾取初至并表示为下式：

T

其中，T

分别对P波拾取初至，其到时初至时间表示为下式：

T

对S波拾取初至，其到时初至时间表示为下式：

T

②获取地震波震相的波段

结合P波初至和S波初至，获取每个观测台站地震波的P波波段数据表示为下式：

S

S波波段数据表示为下式：

S

③振动源的初定位

对于纵波和横波均能够获取的地震数据，利用纵横波时差法表示为下式：

通过该式实现震源初定位。

对于只有纵波或横波的振动源波形，则利用单波定位法表示为下式：

通过该式实现震源定位，获得震源初坐标χ。

④倾向和方位向偏振角计算

利用原始地震波数据S

⑤地震波矢量合成

根据震源初定位结果计算振动源S(χ)和观测点坐标R

⑥振动源精定位

根据地震波的倾角偏振角θ

根据不同的观测场景，分别设置a，b，c，d

另外，如图1中所示，也可以直接根据步骤①③⑥、①③④⑥、①②④⑥或①②④⑤⑥实现震源的初定位或精定位。

在本发明的第二示例性实施例提供了一种处理器，被配置成执行上述第一示例性实施例所述的基于地震波动力学和运动学参数的震源定位方法。

在本发明的第三示例性实施例中，提供了一种基于地震波动力学和运动学参数的震源定位的装置，所述装置包括上述第二示例性实施例所述的处理器。

综上所述，本发明的有益效果包括以下内容中的至少一项：

(1)本发明的基于地震波动力学和运动学参数的震源定位方法通过地震设备观测记录的地震波信号，利用地震波振幅、极性、初至等信息实现振动源的自动探测和定位，从而为地勘类资源勘查，工程建设风险评估，地质灾害预警等提供重要的技术支撑；

(2)本发明的基于地震波动力学和运动学参数的震源定位方法可应用于水力压裂、深部地热开采、矿山开采、二氧化碳地质封存、储气库注采、废水回注等因人工注采而引起的地下裂缝活动响应，以及由自然原因引起的其他震源定位，例如天然地震等；

(3)本发明的基于地震波动力学和运动学参数的震源定位方法还可应用于油气地震勘探主动震源探测，噪音源探测定位，地质灾害等相关振动源的探测与定位等，具有广泛的工程工业技术应用和科学研究前景。

尽管上面已经结合示例性实施例及附图描述了本发明，但是本领域普通技术人员应该清楚，在不脱离权利要求的精神和范围的情况下，可以对上述实施例进行各种修改。