本發(fā)明涉及一種微震定位方法及裝置，屬于微震監(jiān)測領(lǐng)域，具體是涉及一種減弱依賴初至拾取精度的微震定位方法及裝置。
背景技術(shù)：
：隨著微震監(jiān)測技術(shù)在石油、煤田領(lǐng)域的不斷推廣應(yīng)用，微震監(jiān)測涉及的正演、反演等問題得到科研人員的廣泛關(guān)注。在微震監(jiān)測方法應(yīng)用中，微震事件反演定位方法的科學(xué)性、穩(wěn)定性，計(jì)算精度和效率，始終是微震監(jiān)測方法研究及其工程技術(shù)研究所需面對的核心技術(shù)問題，尤其是微震事件反演定位的精度，直接決定著微震監(jiān)測技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用的效果。目前，大多數(shù)定位方法都源于1912年geiger提出的經(jīng)典定位算法，該方法根據(jù)微震信號拾取每個(gè)微震事件的走時(shí)，再通過求取目標(biāo)函數(shù)的極小值或者求解方程組，得到震源的時(shí)空參數(shù)。該方法的定位精度嚴(yán)重依賴于微震走時(shí)的拾取精度，拾取的走時(shí)精度越高，得到的定位結(jié)果越準(zhǔn)確，反之，定位精度降低。在實(shí)際的應(yīng)用過程中發(fā)現(xiàn)，在全自動(dòng)或者人工拾取初至?xí)r，往往會(huì)存在個(gè)別通道信號由于信噪比較低或者波場不清晰，導(dǎo)致拾取的走時(shí)偏差較大、甚至是錯(cuò)誤的，這樣導(dǎo)致后續(xù)的定位精度會(huì)大大降低，甚至定位精度已不能滿足實(shí)際應(yīng)用要求，降低微震成果解釋精度。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明主要是解決現(xiàn)有技術(shù)所存在的因走時(shí)測量誤差導(dǎo)致的微震定位精度低的技術(shù)問題，提供了一種減弱依賴初至拾取精度的微震定位方法及裝置。該方法及裝置在通道中有大多數(shù)通道(至少2/3)初至拾取精度較高的條件下，能夠精確得到微震震源的時(shí)空參數(shù)。本發(fā)明的上述技術(shù)問題主要是通過下述技術(shù)方案得以解決的：一種減弱依賴初至拾取精度的微震定位方法，包括：事件提取步驟，用于根據(jù)先提取出的標(biāo)準(zhǔn)地震子波進(jìn)行信號相關(guān)分析以提取微震事件；走時(shí)確定步驟，用于拾取每個(gè)通道微震信號p波的微震事件走時(shí)；震源定位步驟，用于采用縱波初至定位震源求解下屬目標(biāo)函數(shù)極小值，解出發(fā)震延遲時(shí)刻和震源坐標(biāo)；迭代求解步驟，用于根據(jù)定位算法修正誤差，迭代求解所述目標(biāo)函數(shù)的解直到解出最優(yōu)解。優(yōu)選的，上述的一種減弱依賴初至拾取精度的微震定位方法，所述事件提取步驟具體包括以下子步驟：子波提取子步驟，用于從已采集的信號x(t)中選取一個(gè)微震事件信號，長度包括從初至起跳開始到震動(dòng)衰減結(jié)束，設(shè)信號為w(t)；信號提取子步驟，用于將抽取的信號w(t)與原始信號x(t)進(jìn)行互相關(guān)得到互相關(guān)函數(shù)：其中，n為地震序列長度；通過互相關(guān)函數(shù)r(τ)的極值找到原始信號中對應(yīng)的多個(gè)微震事件信號。優(yōu)選的，上述的一種減弱依賴初至拾取精度的微震定位方法，所述震源定位步驟中，縱波走時(shí)的計(jì)算基于以下公式：其中ti為第i個(gè)傳感器的觀測到時(shí)，(xi,yi,zi)為第i個(gè)傳感器的坐標(biāo)，(x0,y0,z0)為震源坐標(biāo)，t0為發(fā)震延遲時(shí)刻，v為地震波傳播的平均速度。優(yōu)選的，上述的一種減弱依賴初至拾取精度的微震定位方法，將已有的地球物理參數(shù)作為已知條件和約束條件，求解以下目標(biāo)函數(shù)的極小值，解出發(fā)震延遲時(shí)刻和震源坐標(biāo)：其中：dk＝|ek-emid|表示第k個(gè)臺站的模擬波至?xí)r間，表示第k個(gè)臺站的觀測波至?xí)r間，ek表示第k個(gè)臺站的計(jì)算誤差，emid表示n個(gè)臺站誤差中值，n為臺站個(gè)數(shù)，p為范數(shù)。優(yōu)選的，上述的一種減弱依賴初至拾取精度的微震定位方法，所述迭代求解步驟具體包括以下子步驟：步驟5.1，給定網(wǎng)格搜索的空間范圍(xmin，xmax)、(ymin,ymax)、(zmin、zmax)及(t0min,t0max)，給定網(wǎng)格尺寸dx、dy、dz、dt0，并由下式確定網(wǎng)格數(shù)：步驟5.2，遍歷每個(gè)網(wǎng)格，按下式求取每個(gè)網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)的誤差值e:dk＝|ek-emid|表示第k個(gè)臺站的模擬波至?xí)r間，表示第k個(gè)臺站的觀測波至?xí)r間，ek表示第k個(gè)臺站的計(jì)算誤差，emid表示n個(gè)臺站誤差中值(中位數(shù))，n為臺站個(gè)數(shù)，p為范數(shù)，p取1或2；步驟5.3，求取獲得的nx*nz*nz*nt0個(gè)e中的最小誤差e0，e0對應(yīng)的x0、y0、z0、t0即為最優(yōu)解，即(x0,y0,z0)為震源坐標(biāo)，t0為發(fā)震延遲時(shí)刻。一種減弱依賴初至拾取精度的微震定位裝置，包括：事件提取模塊，用于根據(jù)先提取出的標(biāo)準(zhǔn)地震子波進(jìn)行信號相關(guān)分析以提取微震事件；走時(shí)確定模塊，用于拾取每個(gè)通道微震信號p波的微震事件走時(shí)；震源定位模塊，用于采用縱波初至定位震源求解下屬目標(biāo)函數(shù)極小值，解出發(fā)震延遲時(shí)刻和震源坐標(biāo)；迭代求解模塊，用于根據(jù)定位算法修正誤差，迭代求解所述目標(biāo)函數(shù)的解直到解出最優(yōu)解。因此，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)：在傳統(tǒng)定位最優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)的誤差項(xiàng)中加入了誤差加權(quán)系數(shù)r,使得常規(guī)微震定位方法的定位精度減弱了對初至拾取精度的依賴，通道中只要有2/3的通道走時(shí)拾取準(zhǔn)確，均能取得較好的定位效果。附圖說明圖1為本發(fā)明的流程圖。圖2是所有初至拾取正確時(shí)的定位結(jié)果示意圖。圖3是第2道初至拾取錯(cuò)誤時(shí)使用本發(fā)明處理后的定位結(jié)果示意圖。圖4是第2道初至拾取錯(cuò)誤時(shí)使用本發(fā)明處理的定位結(jié)果。具體實(shí)施方式下面通過實(shí)施例，并結(jié)合附圖，對本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步具體的說明。實(shí)施例：1、微震事件快速檢測微震監(jiān)測設(shè)備長時(shí)間、連續(xù)、高密度記錄采集的數(shù)據(jù)，通過事件檢測方法從海量數(shù)據(jù)中快速準(zhǔn)確地獲取有效的地震事件來進(jìn)行微震事件定位；根據(jù)微震信號各通道間具有相似性，可以先提取一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的地震子波，然后利用信號相關(guān)分析技術(shù)，能夠?qū)⒈O(jiān)測到的每個(gè)微震事件提取出來。上述的事件檢測方法的具體步驟為：從已采集的信號x(t)中選取一個(gè)微震事件信號，長度根據(jù)信號特征而定，一般包括從初至起跳開始到震動(dòng)衰減結(jié)束，設(shè)信號為w(t)；用抽取的w(t)與原始信號x(t)進(jìn)行互相關(guān)，求取互相關(guān)函數(shù)：通過互相關(guān)函數(shù)r(τ)的多個(gè)極值，可以找到原始信號中對應(yīng)的多個(gè)微震事件信號。2、對檢測的微震事件，通過全自動(dòng)或者人工拾取每個(gè)通道微震信號p波的微震事件走時(shí)，用于后續(xù)的微震事件定位；(3)基于p波走時(shí)的微震震源定位：震源定位主要采用縱波(p波)初至，即每個(gè)傳感器接收到的每個(gè)震源發(fā)出信號的縱波傳播時(shí)間即縱波走時(shí)，計(jì)算公式如下：其中ti為第i個(gè)傳感器的觀測到時(shí)，(xi,yi,zi)為第i個(gè)傳感器的坐標(biāo)，(x0,y0,z0)為震源坐標(biāo)，t0為發(fā)震延遲時(shí)刻，v為地震波傳播的平均速度，通過已有的地球物理參數(shù)作為已知條件和約束條件，利用最小二乘原理求解上述方程，即求解下屬目標(biāo)函數(shù)的極小值，解出的結(jié)果包括發(fā)震延遲時(shí)刻和震源坐標(biāo)。其中：dk＝|ek-emid|表示第k個(gè)臺站的模擬波至?xí)r間，表示第k個(gè)臺站的觀測波至?xí)r間，ek表示第k個(gè)臺站的計(jì)算誤差，emid表示n個(gè)臺站誤差中值(中位數(shù))，n為臺站個(gè)數(shù)，p為范數(shù)，通常p取1或2。(4)選擇全局網(wǎng)格搜索優(yōu)化算法求解上述最優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)，并按上述目標(biāo)函數(shù)中的加權(quán)系數(shù)修正誤差，解出最終的最優(yōu)解，從而確定微震震源坐標(biāo)，實(shí)現(xiàn)微震震源定位。具體步驟如下：1)給定網(wǎng)格搜索的空間范圍：(xmin，xmax)、(ymin,ymax)、(zmin、zmax)及(t0min,t0max)；2)給定網(wǎng)格尺寸dx、dy、dz、dt0，并由下式確定網(wǎng)格數(shù)：3)遍歷每個(gè)網(wǎng)格，按下式求取每個(gè)網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)的誤差值e。dk＝|ek-emid|表示第k個(gè)臺站的模擬波至?xí)r間，表示第k個(gè)臺站的觀測波至?xí)r間，ek表示第k個(gè)臺站的計(jì)算誤差，emid表示n個(gè)臺站誤差中值(中位數(shù))，n為臺站個(gè)數(shù)，p為范數(shù)，通常p取1或2。遍歷完所有節(jié)點(diǎn)共求得nx*nz*nz*nt0個(gè)e值；4)求3)中獲得的nx*nz*nz*nt0個(gè)e中的最小誤差e0；5)e0對應(yīng)的x0、y0、z0、t0即為最優(yōu)解，即(x0,y0,z0)為震源坐標(biāo)，t0為發(fā)震延遲時(shí)刻本發(fā)明通過修改傳統(tǒng)定位最優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)中的誤差項(xiàng)，即在傳統(tǒng)定位最優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)的誤差項(xiàng)中加入了誤差加權(quán)系數(shù)r,使得常規(guī)微震定位方法的定位精度減弱了對初至拾取精度的依賴，引入加權(quán)系數(shù)r的具體意義在于：認(rèn)為上述誤差中值為統(tǒng)計(jì)意義下比較穩(wěn)定的、拾取精度較高的微震信號道(實(shí)際應(yīng)用時(shí)可采用均值，但存在平均效應(yīng))，計(jì)算得到的誤差離該中值誤差越遠(yuǎn)，加權(quán)系數(shù)越小，反之，計(jì)算得到的誤差離該中值誤差越近，加權(quán)系數(shù)越大。如此以來，若存在個(gè)別微震信號道拾取誤差較大或者錯(cuò)誤的情況，計(jì)算得到的誤差離該中值誤差較遠(yuǎn)，加權(quán)系數(shù)較小，通過乘以一個(gè)加權(quán)系數(shù)，將該道的影響大大被削弱。若某道的計(jì)算走時(shí)和拾取走時(shí)相等(dk＝0)，則加權(quán)系數(shù)為1，該道影響值最大。因此，定位精度會(huì)顯著提高，大大削弱了定位精度對初至拾取精度的依賴。通過理論數(shù)據(jù)的測試，所有通道中只要有2/3的通道走時(shí)拾取準(zhǔn)確，均能取得較好的定位效果。從上述最優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)可以看出，傳統(tǒng)定位方法是對誤差的一個(gè)簡單累加，當(dāng)存在個(gè)別微震信號道拾取誤差較大或者錯(cuò)誤的情況，誤差變大，累加后該道誤差貢獻(xiàn)作用被放大，這也是傳統(tǒng)方法定位精度對初至拾取精度的依賴很強(qiáng)的關(guān)鍵所在。實(shí)施例1：本發(fā)明中所述的定位誤差處理效果實(shí)例。如表1所示，若在定位過程中計(jì)算得到的5個(gè)通道的絕對誤差分別為e(i)＝{0.01、0.02、0.03、0.015、0.1}，從絕對誤差的值可以看出，e(5)＝0.1的通道誤差明顯高于其他通道誤差10個(gè)數(shù)量級，可以判斷是由于走時(shí)拾取誤差引起的。利用本發(fā)明中誤差處理技術(shù)，計(jì)算的新誤差e(5)由0.1變?yōu)?.023809524，而其他誤差僅有略微變化，大大降低了e(5)對誤差的貢獻(xiàn)(理論上由于第5道數(shù)據(jù)拾取錯(cuò)誤，應(yīng)該不參與計(jì)算，即e(5)＝0)，必然會(huì)提高定位精度。實(shí)施例2：本發(fā)明定位效果實(shí)例如圖2-圖3，是對本發(fā)明中所述定位方法與常規(guī)定位方法的對比效果。具體的物理問題描述為：邊長為500的正方體的8個(gè)頂點(diǎn)各放置1個(gè)傳感器，接收來自正方體中心位置(250,250,250)處的微震震源，很容易判斷，每個(gè)傳感器接收的微震信號走時(shí)相等。反演問題描述為：根據(jù)上述描述，利用每個(gè)傳感器接收的微震信號，反演定位，求取震源的位置。如圖2所示，當(dāng)拾取走時(shí)(黑)都正確時(shí)，反演定位結(jié)果為(250,250,250)，返回的走時(shí)(灰)與拾取走時(shí)吻合，說明反演結(jié)果正確。如圖3所示，當(dāng)拾取走時(shí)中，有一通道拾取走時(shí)明顯錯(cuò)誤時(shí)(第2通道)，使用本發(fā)明專利的定位方法計(jì)算結(jié)果為(x＝250.0，y＝250.0，z＝250.0)，返回初至(灰)與拾取初至(黑)吻合，說明本專利中所述的定位方法對初至拾取精度的依賴性很低。如圖4所示，當(dāng)拾取走時(shí)中，有一通道拾取走時(shí)明顯錯(cuò)誤時(shí)(第2通道)，使用常規(guī)的定位方法計(jì)算結(jié)果為(x＝310.2，y＝189.8，z＝183.24)，定位結(jié)果評判為錯(cuò)誤，返回初至(灰)與拾取初至(黑)不吻合，說明常規(guī)的定位方法的定位精度嚴(yán)重依賴于初至拾取精度，僅有1個(gè)通道初至拾取錯(cuò)誤，都會(huì)嚴(yán)重影響定位結(jié)果。表1微震震源定位誤差處理效果表序號舊誤差誤差中值各誤差距離距離求和加權(quán)系數(shù)新誤差10.010.020.010.1050.9047619050.00904761920.020.0200.1051.00.0230.030.020.010.1050.9047619050.02714285740.0150.020.0050.1050.9523809520.01428571450.10.020.080.1050.2380952380.023809524本文中所描述的具體實(shí)施例僅僅是對本發(fā)明精神作舉例說明。本發(fā)明所屬
技術(shù)領(lǐng)域：
的技術(shù)人員可以對所描述的具體實(shí)施例做各種各樣的修改或補(bǔ)充或采用類似的方式替代，但并不會(huì)偏離本發(fā)明的精神或者超越所附權(quán)利要求書所定義的范圍。當(dāng)前第1頁12