本發(fā)明涉及油田開(kāi)發(fā)
技術(shù)領(lǐng)域：
，特別是涉及到一種模擬微地震的彈性波正演方法。
背景技術(shù)：
：進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，非常規(guī)油氣資源表現(xiàn)出巨大的開(kāi)發(fā)潛力。在眾多非常規(guī)油氣的勘探和開(kāi)發(fā)方法中，微地震監(jiān)測(cè)技術(shù)起著舉足輕重的作用。為了充分掌握微地震技術(shù)，需要對(duì)微地震的正問(wèn)題、震源機(jī)制進(jìn)行深入的了解和研究，而實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)最便捷的途徑便是地震波數(shù)值模擬技術(shù)。常規(guī)的地震正演技術(shù)使用地震子波作為震源，僅適合常規(guī)地震勘探的爆炸震源或可控震源，而不能很好的對(duì)微地震震源進(jìn)行描述。目前微地震正演模擬的一種主要方式是基于射線理論，在給點(diǎn)介質(zhì)模型和震源位置前提下通過(guò)射線追蹤方式得到微地震記錄。但射線理論下模擬的微地震記錄無(wú)法再現(xiàn)不同頻率成分對(duì)介質(zhì)的不同的響應(yīng)，記錄中缺少首波信息，且只能適用于光滑介質(zhì)。不僅如此，實(shí)際中觀測(cè)到的微地震源具有很寬的頻帶范圍且依賴于介質(zhì)的變化情況，因此高頻射線的假設(shè)嚴(yán)重影響了微地震數(shù)值模擬的適用范圍。另一種方式基于波動(dòng)理論，使用天然地震的矩張量對(duì)巖石破裂模式進(jìn)行刻畫，并使用Green函數(shù)法進(jìn)行彈性波傳播數(shù)值模擬。但Green函數(shù)法求取過(guò)程中需要多次求取格林函數(shù)，計(jì)算量較大，且求取格林函數(shù)需要對(duì)其進(jìn)行近似展開(kāi)，這樣就降低了模擬的精度。為此我們發(fā)明了一種新的模擬微地震的彈性波正演方法，解決了以上技術(shù)問(wèn)題。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的是提供一種引入天然地震中描述刻畫震源的矩張量概念，實(shí)現(xiàn)對(duì)壓裂震源的刻畫的模擬微地震的彈性波正演方法。本發(fā)明的目的可通過(guò)如下技術(shù)措施來(lái)實(shí)現(xiàn)：模擬微地震的彈性波正演方法，該模擬微地震的彈性波正演方法包括：步驟1，根據(jù)地質(zhì)勘測(cè)的實(shí)際資料，分析巖石的性質(zhì)，確定巖石破裂的模式，生成表達(dá)微地震源的矩張量矩陣；步驟2，建立所需勘探區(qū)域的地質(zhì)速度場(chǎng)模型；步驟3，波動(dòng)理論下，建立適用于描述微地震波場(chǎng)傳播的彈性波波動(dòng)方程；步驟4，在波動(dòng)理論下，求解微地震彈性波波動(dòng)方程，實(shí)現(xiàn)微地震的波場(chǎng)傳播模擬；步驟5，模擬完成，輸出微地震地面、井中多分量記錄和縱橫波的能量輻射模式。本發(fā)明的目的還可通過(guò)如下技術(shù)措施來(lái)實(shí)現(xiàn)：在步驟1中，通過(guò)對(duì)水力壓裂過(guò)程中接收到的實(shí)際微地震數(shù)據(jù)的分析，獲得微地震的量級(jí)，從而生成表達(dá)微地震源的矩張量矩陣M=M11M12M13M21M22M23M31M32M33]]>其中Mij為巖石破裂量級(jí)，矩張量中的每個(gè)元素代表一對(duì)方向相反的力的作用。在步驟2中，讀取預(yù)先建立的所需勘探區(qū)域的地質(zhì)速度場(chǎng)模型信息，建立所需勘探區(qū)域的地質(zhì)速度場(chǎng)模型，即完成區(qū)域速度場(chǎng)建模。在步驟3中，建立的微地震彈性波波動(dòng)方程為：ρ∂2ui(x,t)∂t2-cijkl∂2uk(x,t)∂xj∂xl=Mij∂[δ(x-xs)]∂xjS(t),]]>其中ui(x,t)和uk(x,t)為波場(chǎng)位移，cijkl為剛度系數(shù)，ρ為介質(zhì)密度，x為空間點(diǎn)坐標(biāo)，t為時(shí)間，三維情況下，i,j,k,l＝x,y,z，xs為震源點(diǎn)位置，S(t)為震源子波，M為矩張量。在步驟3中，利用步驟1獲得的矩張量，代入微地震波動(dòng)方程，使用等效體力法對(duì)方程右邊的震源項(xiàng)進(jìn)行等效離散。在步驟4中，利用交錯(cuò)網(wǎng)格高階有限差分技術(shù)、偽譜法、有限元法、譜元法或迭代求解法求解微地震彈性波波動(dòng)方程。本發(fā)明中的模擬微地震的彈性波正演方法，克服了射線理論高頻假設(shè)的缺陷，避免Green函數(shù)法計(jì)算量大、模擬精度低的缺點(diǎn)，在充分考慮不同壓裂模式所引起的微地震震源類型的前提下，使用等效體力法對(duì)微地震震源進(jìn)行描述，通過(guò)波動(dòng)理論進(jìn)行地震波的傳播模擬，能夠快速的得到較射線理論更精確的模擬結(jié)果，且信息量更為豐富，并為后續(xù)的特征規(guī)律分析、定位方法研究以及震源參數(shù)反演提供更好的技術(shù)手段和工具。附圖說(shuō)明圖1為本發(fā)明的模擬微地震的彈性波正演方法的具體實(shí)施例的流程圖；圖2為本發(fā)明的一具體實(shí)施例中理論記錄(實(shí)線)、本發(fā)明模擬記錄(點(diǎn)劃線)和利用格林函數(shù)法模擬記錄(虛線)三者振動(dòng)曲線X分量比較的示意圖；圖3為本發(fā)明的一具體實(shí)施例中理論記錄(實(shí)線)、本發(fā)明模擬記錄(點(diǎn)劃線)和利用格林函數(shù)法模擬記錄(虛線)三者振動(dòng)曲線Y分量比較的示意圖；圖4為本發(fā)明的一具體實(shí)施例中理論記錄(實(shí)線)、本發(fā)明模擬記錄(點(diǎn)劃線)和利用格林函數(shù)法模擬記錄(虛線)三者振動(dòng)曲線Z分量比較的示意圖。具體實(shí)施方式為使本發(fā)明的上述和其他目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉出較佳實(shí)施例，并配合附圖所示，作詳細(xì)說(shuō)明如下。如圖1所示，圖1為本發(fā)明的模擬微地震的彈性波正演方法的流程圖。在步驟101，根據(jù)地質(zhì)勘測(cè)的實(shí)際資料，分析巖石的性質(zhì)，確定巖石破裂的模式。同時(shí)，通過(guò)對(duì)水力壓裂過(guò)程中接收到的實(shí)際微地震數(shù)據(jù)的分析，獲得微地震的量級(jí)，從而生成表達(dá)微地震源的矩張量矩陣其中Mij為巖石破裂量級(jí)。矩張量中的每個(gè)元素代表一對(duì)方向相反的力的作用。在步驟102，，讀取預(yù)先建立的所需勘探區(qū)域的地質(zhì)速度場(chǎng)模型信息如剛度系數(shù)cijkl，介質(zhì)密度ρ；建立所需勘探區(qū)域的地質(zhì)速度場(chǎng)模型，即完成區(qū)域速度場(chǎng)建模。在步驟103，波動(dòng)理論下，建立適用于描述微地震波場(chǎng)傳播的彈性波波動(dòng)方程其中ui(x,t)和uk(x,t)為波場(chǎng)位移，cijkl為剛度系數(shù)，ρ為介質(zhì)密度，x為空間點(diǎn)坐標(biāo)，t為時(shí)間。三維情況下，i,j,k,l＝x,y,z，xs為震源點(diǎn)位置，S(t)為震源子波，M為矩張量。利用步驟101獲得的矩張量，代入微地震波動(dòng)方程使用等效體力法對(duì)方程右邊的震源項(xiàng)進(jìn)行等效離散。在步驟104，在波動(dòng)理論下，利用交錯(cuò)網(wǎng)格高階有限差分技術(shù)求解步驟103中的微地震波動(dòng)方程，實(shí)現(xiàn)微地震的波場(chǎng)傳播模擬；也可用偽譜法、有限元法、譜元法或迭代求解法實(shí)現(xiàn)。在步驟105，模擬完成，輸出微地震地面、井中多分量記錄和縱橫波的能量輻射模式。圖2-4為利用本發(fā)明的模擬實(shí)例。模擬中介質(zhì)采用三維均勻介質(zhì)，觀測(cè)系統(tǒng)為地表接收，其震源矩張量見(jiàn)(1)式M=0M00M000000---(1)]]>其中M0為巖石破裂量級(jí)。圖2-4展示了三個(gè)位移分量的一道振動(dòng)曲線。其中實(shí)線為解析解，虛線和點(diǎn)劃線分別是利用Green函數(shù)方法和本發(fā)明方法的模擬結(jié)果?？梢钥闯?，利用本發(fā)明方法得到的數(shù)值解與解析解基本一致，而Green函數(shù)方法由于存在一階近似，誤差偏大。且由于Green函數(shù)方法需要多次迭代，計(jì)算時(shí)間約為本發(fā)明方法的三倍。圖2為微地震多分量記錄的X分量，圖3為Y分量，圖4為Z分量。本發(fā)明引入天然地震中描述刻畫震源的矩張量概念，實(shí)現(xiàn)對(duì)壓裂震源的刻畫。通過(guò)矩張量的定義，實(shí)現(xiàn)高效高精度的微地震波動(dòng)方程數(shù)值模擬方法。本方法克服了射線理論高頻假設(shè)的缺陷，避免了射線模擬下波現(xiàn)象缺失的問(wèn)題；同時(shí)，本方法采用等價(jià)體力方式實(shí)現(xiàn)巖石破裂模式的震源實(shí)現(xiàn)，較常規(guī)動(dòng)力學(xué)格林函數(shù)合成方法更加靈活快速。當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3