一種地面微地震監(jiān)測(cè)各向異性速度模型的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于微地震監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，具體涉及地面微地震監(jiān)測(cè)各向異性速度模型。
【背景技術(shù)】
[0002] 當(dāng)一些生產(chǎn)活動(dòng)發(fā)生時(shí)，巖石中原來(lái)存在的或新產(chǎn)生的裂縫周?chē)膽?yīng)力會(huì)集中， 應(yīng)變能量增高，當(dāng)外力增加到一定程度，裂縫地區(qū)就會(huì)發(fā)生微觀形變，應(yīng)變能量的一部分以 彈性波的形式釋放出來(lái)，產(chǎn)生范圍較小的地震，稱(chēng)為"微地震"。
[0003] 地震在地震記錄上一般表現(xiàn)為清晰的脈沖，越強(qiáng)的微地震事件，脈沖越明顯，反 之，脈沖越微弱。微地震的發(fā)生在空間和時(shí)間上是復(fù)雜的，其信號(hào)很容易被周?chē)脑肼曈?響，而且地層中的各種介質(zhì)會(huì)吸收地震波，減小其能量，這為微地震監(jiān)測(cè)增加了難度。
[0004] 目前微地震監(jiān)測(cè)的手段主要有兩種，地面監(jiān)測(cè)和井中監(jiān)測(cè)。地面監(jiān)測(cè)是指在進(jìn)行 壓裂作業(yè)的工區(qū)，在地面按照一定的方式排布檢波器，通過(guò)地面檢波器獲取地下壓裂過(guò)程 中的微地震信號(hào)。井中監(jiān)測(cè)是指在在壓裂井附近按照一定的方式排布檢波器。地面微地震 監(jiān)測(cè)較井中微地震監(jiān)測(cè)而言成本低，實(shí)現(xiàn)難度小，是一種在微地震壓裂監(jiān)測(cè)領(lǐng)域更新的，前 景更好的技術(shù)，在地球物理勘探方面有重要的意義。
[0005] 地面監(jiān)測(cè)微地震定位的現(xiàn)有方法主要有=Inglada算法，Geiger方法，網(wǎng)格搜索法 等。Inglada算法實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，使用單層速度模型，但是由于其與地層間的水平層狀速度模型 相悖，所以定位精度不高；Geiger方法采用水平層狀速度模型并采用迭代技術(shù)，因此定位 精度較Inglada算法有所提升；網(wǎng)格搜索法是一種基本的全局優(yōu)化算法，這種方法首先要 限定解的范圍，設(shè)定網(wǎng)格的大小，將解空間進(jìn)行網(wǎng)格劃分，然后以一個(gè)網(wǎng)格為單位遍歷解空 間，找到解空間中的最優(yōu)解，該方法依賴(lài)于解空間的確定和劃分解空間的網(wǎng)格的大小，網(wǎng)格 越大，定位精度越低，網(wǎng)格越小，定位精度越高，但計(jì)算量也越大。
[0006] 通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，地層介質(zhì)中縱橫波速度的傳播呈現(xiàn)為水平層狀的特征，即縱橫波 傳播的速度在不同的層位有所差異，現(xiàn)有的微地震定位方法都采用水平層狀的速度模型進(jìn) 行定位，但是定位精度不夠理想，地層速度的傳播還存在著各向異性，即來(lái)自同一點(diǎn)的地震 波隨著傳播方向的不同它的傳播速度也會(huì)隨之變化。
[0007] 通常情況下，可以用水平層狀和各向異性速度模型近似反映地層間地震波傳播的 速度，影響近似程度的誤差一般有觀測(cè)系統(tǒng)的位置排布，采樣間隔，初至拾取的精度，以及 速度模型中的初始速度參數(shù)。隨著科技的進(jìn)步，檢波器接收到的信息越來(lái)越準(zhǔn)確，采用自動(dòng) 追蹤和人工拾取初至的方法很大程度減小了拾取的誤差，因此，對(duì)于是否能正確的反映地 震波的傳播速度，模型的選擇就顯得格外重要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明的目的是，設(shè)計(jì)一種地面微地震監(jiān)測(cè)各向異性速度模型，該模型可以對(duì)速 度模型中較難確定的參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，同時(shí)利用交叉驗(yàn)證的方法對(duì)速度模型參數(shù)進(jìn)行校 正。
[0009] 本發(fā)明提出了一種地面微地震監(jiān)測(cè)各向異性速度模型：
[0013] 其中，Ii1, k2，…，k9為速度模型的參數(shù)，Δ X，Δ y分別為檢波器和射孔點(diǎn)在X和y方 向上的坐標(biāo)的差值，Θ為射孔點(diǎn)和檢波器連線和豎直方向的夾角。
[0014] 利用上述的地面微地震監(jiān)測(cè)各向異性速度模型的自動(dòng)構(gòu)建方法，包括如下步驟：
[0015] Sll :構(gòu)建地面微地震監(jiān)測(cè)工區(qū)模型；
[0016] 該工區(qū)模型包括射孔點(diǎn)和檢波器，對(duì)輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，對(duì)射孔點(diǎn)的初至進(jìn)行 自動(dòng)拾取并人工校正，完成數(shù)據(jù)加載，將其轉(zhuǎn)換為后期算法需要的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；
[0017] S12 :地面微地震監(jiān)測(cè)速度模型的參數(shù)構(gòu)建：
[0020] (1)，
[0021] 其中，Ii1, k2,…，k9為速度模型的參數(shù)，Δ X，Δ y分別為檢波器和射孔點(diǎn)在X和y方 向上的坐標(biāo)的差值，Θ為射孔點(diǎn)和檢波器連線和豎直方向的夾角，
[0022] S13 :計(jì)算速度模型參數(shù)L k2，…，k9。
[0023] 進(jìn)一步，速度模型參數(shù)Ic1, k2,…，k9的求解方法為：
[0024] 利用速度模型與檢波器和射孔點(diǎn)的相對(duì)位置可以計(jì)算出射孔點(diǎn)到兩檢波器的時(shí) 差，稱(chēng)為計(jì)算時(shí)差，將兩檢波器接收到的初至之差稱(chēng)為觀測(cè)時(shí)差，求解速度模型的目標(biāo)即為 求解速度模型參數(shù)使得計(jì)算時(shí)差和觀測(cè)時(shí)差的差最小，即
[0026] 其中，a、b表示第m組的兩個(gè)檢波器，m = 1，2,…，K/2, K為檢波器個(gè)數(shù)，4和dB分別是a、b檢波器到射孔點(diǎn)的距離，\和\分別是射孔點(diǎn)到a、b檢波器的傳播速度，&和 &分別是a、b檢波器接收到的初至；
[0027] 將速度、和V肩換為九參數(shù)速度模型，即
[0031] 求解速度模型的目標(biāo)，即為求得滿(mǎn)足該式的ki，k2，…，k9;
[0038] 其中，< 和^為利用建立好的速度模型求解出的速度，速度模型的參數(shù)為 人?，…
[0040] 同理，考慮剩余的檢波器對(duì)，會(huì)得到與上式類(lèi)似的一系列等式，將這些等式聯(lián)立并 寫(xiě)成矩陣的形式，即
[0042] 上式寫(xiě)成一般形式，可表示為：B = AK (11)，
[0043] 由于方程組為超定方程組，所以求其最小二乘解，K = A+B (12)，
[0044] 因此，對(duì)（10)式求解，表示為
[0045] CN 105116444 A 1>兀 h/i -p 4/8 (61
[0046] 由上式可得本次迭代的參數(shù)h，k2，…k9，當(dāng)兩次迭代的速度模型參數(shù)之差小于預(yù) 先設(shè)定好的閾值時(shí)迭代停止，此時(shí)的I k2，…，k9為速度反演的參數(shù)。
[0047] 進(jìn)一步，一種地面微地震監(jiān)測(cè)各向異性速度模型自動(dòng)構(gòu)建方法還包含步驟S2 :自 動(dòng)調(diào)節(jié)初始速度。
[0048] 進(jìn)一步，S2自動(dòng)調(diào)節(jié)初始速度，包括以下步驟：
[0049] S21 :設(shè)定一個(gè)初始速度，同時(shí)設(shè)置速度變化的步進(jìn)；
[0050] S22 :使用設(shè)定的初始速度，利用已建立的速度進(jìn)行定位得到定位誤差e
[0052] 其中，（X。，y。，z。）為射孔點(diǎn)的實(shí)際位置，（X，y，z)為基于地球物理微地震線性化定 位方法得到的射孔點(diǎn)位置；
[0053] S23:將設(shè)定的初始速度增大一個(gè)步進(jìn)，利用變化后的初始速度進(jìn)行定位得到定位 誤差E ;
[0054] S24 :當(dāng)E〈e時(shí)，繼續(xù)向速度增大的方向搜索，反之，向速度減小的方向搜索，每次 的速度變化量為一個(gè)步進(jìn)，直到定位誤差最小，將此時(shí)的速度做為速度模型的最佳初始速 度。
[0055] 進(jìn)一步，一種地面微地震監(jiān)測(cè)各向異性速度模型自動(dòng)構(gòu)建方法還包含步驟S3 :采 用交叉驗(yàn)證的方法校正速度模型參數(shù)。
[0056] 進(jìn)一步，S3采用交叉驗(yàn)證的方法校正速度模型參數(shù)，包括以下步驟：
[0057] S31 :設(shè)射孔點(diǎn)的個(gè)數(shù)為N，選取射孔點(diǎn)1，1 = 1，…，N，利用剩余的射孔點(diǎn)建立速 度模型對(duì)射孔點(diǎn)1進(jìn)行定位；
[0058] S32 :通過(guò)自動(dòng)調(diào)節(jié)初始速度來(lái)獲得最小的定位誤差Cl1，對(duì)于N個(gè)射孔點(diǎn)，得到N個(gè) 定位誤差山，…，dN;在這N個(gè)定位誤差中，定位誤差越小的對(duì)應(yīng)的速度模型參數(shù)越理想，在 最終的速度模型中所占的權(quán)重越大；
[0059] S33 :用定位誤差的倒數(shù)來(lái)代表這組參數(shù)所占的權(quán)重，以每組參數(shù)所占的權(quán)重線性 疊加所有組參數(shù)，得到最終校正后的參數(shù)，即
[0061] 其中，Ic1為最終速度模型的參數(shù)，i = 1，2,…，9，k 為第j個(gè)定位誤差對(duì)應(yīng)的第i 個(gè)速度模型參數(shù)，j = 1，2,…，N ;
[0062] S34 :計(jì)算所得匕，…，匕即為校正后的速度模型參數(shù)。
[0063] 本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明利用地震波傳播的各向異性建立速度模型，與傳統(tǒng)的 水平層狀的速度模型相比，它更能體現(xiàn)速度隨著地震波傳播方向變化而變化的趨勢(shì)，能更 好的模擬實(shí)際地震波的傳播，因而建立的速度模型更準(zhǔn)確，利用這樣的速度模型定位精度 更高；本發(fā)明通過(guò)自動(dòng)調(diào)節(jié)初始速度，免去了人工調(diào)節(jié)初始速度的麻煩，更加高效的完成了 初始速度的確定；本發(fā)明由于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)不充足，采用交叉驗(yàn)證的方法對(duì)速度模型參數(shù)進(jìn)行 校正，以定位誤差的倒數(shù)做為權(quán)重線性疊加所有組的速度模型參數(shù)，經(jīng)過(guò)校正的速度模型 參數(shù)可以有效的提尚定位精度。
【附圖說(shuō)明】
[0064] 圖1為本發(fā)明提供方法的流程框圖；
[0065]圖2為本發(fā)明【具體實(shí)施方式】采用的射孔點(diǎn)與檢波器的位置及時(shí)間關(guān)系；
[0066] 其中，a、b為檢波器，c為射孔點(diǎn)；
[0067]圖3為本發(fā)明【具體實(shí)施方式】中九參數(shù)速度模型的構(gòu)建與計(jì)算的流程圖；
[0068] 圖4為本發(fā)明【具體實(shí)施方式】中自動(dòng)調(diào)節(jié)初始速度的流程圖；
[0069]圖5為本發(fā)明【具體實(shí)施方式】中采用交叉驗(yàn)證法校正速度模型參數(shù)的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0070] 本發(fā)明提供了一種地面微地震監(jiān)測(cè)各向異性速度模型以及該模型的自動(dòng)構(gòu)建方 法，主要涉及九參數(shù)速度模型的構(gòu)建與計(jì)算S1、自動(dòng)調(diào)節(jié)初始速度S2和利用交叉驗(yàn)證法校 正速度模型參數(shù)S3,下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
[0071] 本發(fā)明所述地面微地震監(jiān)測(cè)各向異性速度模型的自動(dòng)構(gòu)建方法的流程框圖如圖1 所示，具體包括如下步驟：
[0072] Sl :九參數(shù)速度模型的構(gòu)建與計(jì)算
[0073] 九參數(shù)速度模型的構(gòu)建與計(jì)算的流程如圖2所示，首先要構(gòu)建用于實(shí)驗(yàn)的工區(qū)模 型，包括射孔點(diǎn)和檢波器，然后對(duì)輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，對(duì)射孔點(diǎn)的初至進(jìn)行自動(dòng)拾取和人 工校正，完成數(shù)據(jù)加載，將其轉(zhuǎn)換為后期算法需要的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，之后建立速度模型，選取定 位精度最高的速度模型，并利用廣義線性反演的方法進(jìn)行速度模型求解。具體的調(diào)節(jié)過(guò)程 如下：
[0074] Sll :構(gòu)建地面微地震監(jiān)測(cè)工區(qū)模型：
[0075] 該工區(qū)模型包括射孔點(diǎn)和檢波器，對(duì)輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，對(duì)射孔點(diǎn)的初至進(jìn)行 自動(dòng)拾取和人工校正，完成數(shù)據(jù)加載，將其轉(zhuǎn)換為后期算法需要的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。
[0076] 地層介質(zhì)中縱橫波速度的傳播呈現(xiàn)為水平層狀的特征，即縱橫波傳播的速度在不 同的層位有所差異，同一點(diǎn)的地震波隨著傳播方向的不同它的傳播速度也會(huì)隨之變化，即 各向異性；九參數(shù)速度模型最能反映地震波傳播速度的各向異性特征，同時(shí)也是定位精度 最高的速度模型，因此采用九參數(shù)的形式擬合各向異性的速度模型。
[0077] S12 :地面微地震監(jiān)測(cè)速度模型的參數(shù)構(gòu)建：
[0078] 微地震監(jiān)測(cè)的基本模型如圖3所示，射孔點(diǎn)到a，b兩檢波器的距離dA，dB已知，檢 波器a，b接收到的