水力压裂对速度场及微地震定位的影响

水力压裂是页岩气开发过程中的核心增产技术,微地震则广泛用于压裂分析、水驱前缘监测和储层描述.微地震反演过程中,用于反演的速度模型往往基于测井、地震或标定炮资料构建,忽略了压裂过程中裂缝及孔隙流体压力变化对地层速度的影响.本文首先基于物质守恒、渗流理论和断裂力学模拟三维水力压裂过程,得到地下裂缝发育特征和孔隙压力分布.继而根据Coates-Schoenberg方法和裂缝柔量参数计算裂缝和孔隙压力对速度场的影响,得到压裂过程中的实时速度模型.最后利用三维射线追踪方法正演微地震走时和方位信息,并采用常规微地震定位方法反演震源位置及进行误差分析.数值模拟结果表明,检波器空间分布影响定位精度,常规方法的定位误差随射线路径在压裂带中传播距离增加而变大,且不同压裂阶段的多点反演法与单点极化法精度相当.     

复杂速度模型的地震交切定位方法

交切法是最基本的地震定位方法之一,该定位方法具有稳定性强、速度快的优点。由于速度模型假设为均匀或水平均匀介质,与实际介质有较大偏差,因此定位精度较低,特别是震源深度。为克服传统交切法的缺点,我们对其进行了改进。在改进的方法中,震源轨迹不再假设为圆形或双曲线形,而是利用最小走时树射线追踪方法进行精确计算。数值模型计算表明,本文提出的改进方法,可用于复杂速度模型的地震定位。     

多事件联合与双差地震定位方法研究：以朝鲜核试验定位为例

双差定位法（Double-difference Earthquake Location,简称DD）和多事件联合定位法（Joint Hypocenter Determination,简称JHD）是精确多事件定位中常用的两种方法.对震源机制相近的相邻事件,DD方法利用事件之间的相对到时精准地反演它们之间的相对位置,到时差数据能够利用波形互相关等方法直接测量,但是却无法准确地确定绝对位置;相比之下,JHD方法能够同时反演事件的绝对位置和台站走时校正值.结合两种方法的优点,本文提出一种混合定位方法,同时利用绝对到时数据和到时差数据准确地反演事件绝对位置和台站走时校正.本文利用模拟数据对该方法进行了验证并将其应用于朝鲜核试验定位,结果表明该方法能够有效减小走时计算误差所导致的定位误差.对于朝鲜核试验,相比单次事件+DD定位方法和JHD方法,相对Myers的定位结果定位偏差分别减小45.67%和40.00%.

     

单一地震事件与多个地震事件的定位方法及应用

主要介绍各种地震定位方法,概述各种地震定位方法的基本原理,重点介绍Geiger的经典方法以及在此基础上建立的各种线性方法:单一地震事件定位法与多个地震事件定位法以及对每一种地震定位方法的应用情况,尤其是国内的应用情况做了总结;同时指出各种方法的特点,并进行相应的比较.     

基于射线追踪技术计算地震定位中震源轨迹的改进方法

使用震源轨迹确定震源位置不仅稳健而且直观,但当介质复杂时震源轨迹难以给出解析解.基于最小走时树射线追踪技术计算震源轨迹的方法(以轨迹所在的残差场中残差最小的点(初始点)至残差较小的点(震源轨迹代表点)的射线路径表示震源轨迹)适用于复杂速度模型,但尚不能正确计算由多段组成的震源轨迹,同时兼顾计算轨迹的完整性和精细性较为困难,计算参数设置烦琐不适于大批量数据的自动处理.针对该方法存在的问题,本文对其进行了改进:(1)采用一种"削皮"算法选取震源轨迹所经过的模型单元的节点作为轨迹代表点;(2)将残差较小的区域作为震源轨迹计算区域(该区域依轨迹分布自适应地划分为若干个连通区域),从未计算的轨迹代表点中选取残差最小者作为射线路径初始点,利用最小走时树算法依次计算所有连通区域内的震源轨迹;(3)通过去掉较短的不再分叉的射线路径使震源轨迹更为精细.虚拟和真实事件的算例表明,改进方法有效克服了原方法的不足,可便捷地计算复杂速度模型中事件的震源轨迹,计算的轨迹精细且较完整.     

三维复杂速度模型中地震事件震源轨迹的计算

地球内部三维速度图像的广泛建立为进行高精度的地震定位提供了良好条件.使用震源轨迹确定震源位置不仅稳健而且直观,但三维复杂速度模型中的震源轨迹难以给出解析解.为此,本文提出了一种较准确地计算三维复杂速度模型中震源轨迹的数值方法.根据震源轨迹在残差场中的特点：（1）震源轨迹位于残差正负极性彼此不同的邻点之间;（2）绝对梯度在震源轨迹的法线方向最大;（3）在法线方向上越靠近震源轨迹残差绝对值越小,对于每个模型节点分别和残差正负极性与其不同的邻点组成的点对,将其中绝对梯度最大的点对作为震源轨迹法线点对,选取法线点对中残差绝对值较小的点（即震源轨迹所在模型单元的节点）作为震源轨迹代表点;在绝对残差场中数值较小的连通区域（可能有多个）内,利用最小走时树算法依次计算出每个连通区域中地震波从绝对残差最小点至同一连通区域内震源轨迹代表点的射线路径作为震源轨迹.算例表明：本文方法适用于三维复杂速度模型,对震源轨迹的稳定性及构成段数没有限制,计算的震源轨迹精细且较完整、可用于高精度的地震定位.

     

利用重复地震P波走时差观测地壳介质的微动态

基于研究区域地震震相到时资料及地震波数据,给出了两个局部地区地壳介质微动态变化的实例。一个是汶川8.0级地震起始破裂区域,即A区;另一个是三岔口地区,即B区,该区域为活动断裂交汇部位,未发生过大地震,但近年来中小地震频繁。分析A区后发现,在汶川8.0级地震前,部分台站观测的地壳介质微动态出现了中短期异常,震源区正东及北东方向波速升高,反映出地壳介质受到显著挤压而处于硬化阶段;震源区西南方向的波速则比较稳定。分析B区后发现,可能受到汶川8.0级地震的影响,部分台站给出的计算结果在地震前后发生了变化,显示出不同方位地壳介质承压状态的差异。     

于多道包络能量叠加的微地震事件自动识别方法

地面监测的微地震数据主要包含两个部分:人工形成的射孔数据和压力诱发的微地震数据.从微地震监测理论出发,微地震事件准确识别直接影响微地震信号初至拾取的精度.针对常规微地震信号初至拾取方法存在漏检及误检的弊端,提出了多道包络能量叠加技术的微地震事件自动识别方法.针对存在射孔数据的情况,详细论述了多道包络能量叠加技术的微地震事件自动识别方法的过程,采用模拟数据证明了基于射孔信号的微地震事件自动识别方法的可靠性.其次,采用一系列微地震正演模拟数据进行大量实验,验证基于多道包络能量叠加技术的微地震事件自动识别方法的可靠性.最后,通过实际微震压裂数据验证了新方法的可行性与正确性.     

一种新的网格搜寻多事件定位算法及方法的比较

多事件定位法联合解决了震群中地震事件震源参数(震源和发震时刻)和台站记录到的地震事件的走时校正。本文阐述了基于网格搜寻技术的新的多事件定位方法。这个算法(称为GMEL)是比较早的单事件定位算法(GSEL)的拓展并且是基于定位问题中的最大似然公式表示。通过对使用线性反演(Geiger)方法的地方使用网格搜寻和根部查找技术，使GMEL适应拾取误差的非高斯模型和高斯模型，而且可以处理像预先理想定位事件的地面真实位置水平这样的先验约束。我们描述了这个算法，并报告了我们取得的成果，即在对多事件定位时，拓展了蒙特卡罗技术来计算事件定位的置信区间，通常它被用在GSEL方法中。这个扩展将会产生置信区间，它们量化了对震相拾取和估计台站校正的不确定性两方面在定位误差上的影响，也就是校准(或模拟)误差。我们比较了GMEL法和4个其他多事件定位法：震源分解法(HDC)、双差法(DD)、累进(progressive)多事件定位法(PMEL)和联合震源确定法(JHD)，给出了检验的初步结果。这个检验应用到了1999年伊兹米特／迪斯杰地震序列的两个毗邻震群上，Engdahl和Bergman(2001)已经用震源分解法进行过分析。我们正在独立地将其他方法应用到他们使用的数据上，力图提高我们对于这些方法间存在的相似和不同以及通常多事件定位方法效果的理解。     

干涉走时微地震震源定位方法

本文基于地震波场干涉原理,建立了干涉走时微地震震源定位方法.该方法将两个接收点相对于一个微地震事件的走时差（称为干涉走时）的扰动作为残差函数,通过迭代求解最小残差函数,最终获得震源的空间位置.干涉走时震源定位方法利用两个接收点的到时差消除发震时刻未知和速度模型误差的影响,简化了震源定位算法.数值计算表明,本文提出的干涉走时定位方法在速度模型有误差的情况下仍然可以获得准确的微地震震源定位.     

基于微地震定位与震源机制联合反演算法(JSSA)分析页岩气水力压裂效果及应力状态

采用微地震定位与震源机制联合反演算法(JSSA算法)对威H3-1井的实际压裂数据进行处理,得到1507个事件的空间位置和震源机制信息.根据联合反演的震源机制信息,计算事件的P轴分布,从而解释压裂施工区域的应力分布状态.通过对压裂施工区域的综合解释分析,表明工区西侧存在较大的SN向天然裂缝,以及在水平井附近存在较小的压裂...     

一种新地震定位方法研究

提高地震定位精度一直是地震学应用研究的重要课题之一,目前已经发展了多种方法用于台网定位。这些方法的共同弱点是应对复杂情况的能力差、震后处理时间过长、不能根据地震信息的增加自动修改速度模型而提高下一次地震定位的精度。开发地震台网资源,使之实现地震预警的功能,必须解决地震快速定位问题。为此,本文提出了一种基于地震台网资料的网格化地震定位方法。震前建立每个区间网格到台站的理论走时数据库,震时仅通过优化搜索,以每两个台站的到时差与理论走时差之间的方差最小的网格位置为震源,并得到发震时刻。通过在黑龙江省地震台网的实际应用说明方法可靠,精度较高。     

地震定位方法研究进展

地震定位是地震学基本问题之一,如何提高地震定位精度是地震学研究重点。本文介绍地震定位技术在国内外的研究历史及进展,对目前存在的各种地震定位技术进行分类,概述基本原理及应用。详细介绍盖革经典定位法、双差定位法和微震定位方法中的波形互相关技术和震源扫描算法,并简单介绍微震定位技术在核试验监测及定位上的应用。     

近场爆炸地震优化定位方法研究

地震定位是地震学中的反演问题之一 .准确的震源位置是研究地震动态图象、构造与地震活动关系的基础 ,是地震的重要参数 ,也是研究强震余震空间分布的基础资料 .地震定位的精度主要依赖于地壳速度模型的可靠性、台网布局合理程度、走时的准确性和定位方法 (赵仲和 ,1 983;朱元清 ,赵仲和 ,1 997;李学政等 ,1 999) .速度模型的可靠性程度如何直接影响定位结果的优劣 ;合理的台网布局可提高定位精度 ,否则会造成病态方程 ,引起较大的定位误差 ;走时不准 ,如震相误判、时间服务器不准 ,引起实测走时误差 ,致使定位结果和实际震源位置不吻合 ;不…     

射线追踪的微变网格方法

本文给出一种适用于叠前数据速度分析和叠前深度偏移的快速射线追踪方法──微变网格法;该方法不仅精度高,而且计算速度极快,可适用于当前计算条件下的地球介质速度反演和叠前深度偏移成像的要求．     

地震自动定位的综合解决方案

针对已有两类地震自动定位方法各自的优点和限制，提出了综合利用这两类方法以形成一个统一系统的方案，希望以此提高地震自动定位能力。该方案的基本流程是：利用波形相关方法在连续地震波形上检测出地震事件并初定其震源位置和发震时刻；利用初定的震源位置和发震时刻，预测各台站各震相的到时；以预测的各震相到时为参考点，利用单台波形(单道或三分向)在该参考点附近精确测定震相到时；利用修定后的震相到时测定震源位置和发震时刻；根据震中距判定地震类型(地方震、近震、远震)，在预期的波形段自动测定波形最大振幅和相应周期，进而测定相应类型的震级(ML、Ms或mb)。     

射线追踪的微变网格方法

本文给出一种适用于叠前数据速度分析和叠前深度偏移的快速射线追踪方法──微变网格法；该方法不仅精度高，而且计算速度极快，可适用于当前计算条件下的地球介质速度反演和叠前深度偏移成像的要求．     

地震层析成像方法综述

对各种地震层析成像方法进行了分类比较。以层析成像技术各个部分的各种方法为重点,分别阐述了地震层析成像技术的4个主要方面（模型的参数化、正演计算、反演及图像重建、反演结果的评价）具体方法的发展现状和进展,并对地震层析成像技术未来的发展方向做了展望。     

非线性插值地震射线追踪方法

针对走时线性插值法(LTI)的计算精度问题,利用非线性插值替代传统的线性插值。该方法利用边界上多个节点的走时,使得插值误差减小,从而提高整体边界网格离散点走时精度,同时保留LTI所具有快速、全局性的优点。数值模拟结果表明,非线性插值算法比LTI算法精度高,可以追踪包括直达波、折射波、透射波等多种射线路径,适合速度突变模型。