小波变换在波阻抗反演中的应用

根据国内外广泛采用的波阻抗随机反演理论,提出了多道小波波阻抗反演方法,消除了噪音对反演结果的影响。针对地震剖面上不同频带和时段上有不同的信噪比,以及相邻地震道反射波有效成分在波形和能量上有较强的相关性特点,运用多道记录同时进行波阻抗反演,在迭代过程中将实际记录与模型合成记录的残差道进行小波分解,形成残差道分频小波剖面,然后利用Ｋ－Ｌ变换提取分频剖面中的相干部分用于波阻抗变化量的计算,从而避免了噪音参与波阻抗反演。展示了理论模型与实际应用的例子。     

随采地震数据质量定量评价

在采煤工作面布设了随采地震监测系统后,为了自动筛选实时不间断传输回地面的巨量地震数据,利用采煤机积极割煤时,各接收道收到的信号相关性强,反之则弱这一特点,提出了一种自动定量化评估随采地震数据质量的方法。对内蒙某矿随采地震数据进行了处理,结果证明该方法能有效识别出单道的相关能量峰,对数据质量定量评价的效果很好。利用此法筛选了贵州某矿随采地震监测数据,将优选数据叠加后,数据的信噪比得到了明显的改善,相关能量轴明显增强。该方法可从海量随采地震数据中快速筛选出高质量的数据,大幅缩减进一步处理的工作量,改善处理效果。      

利用偏振约束的能量比微地震自动识别方法

微地震监测是分析水力压裂注水前缘或对油藏进行动态监测的一种有效方法.由于持续监测数据量大,而且有效微地震事件的出现时间无法判定,人工拾取需要耗费大量人力与时间,需要利用计算机对有效事件进行自动拾取.笔者分析了井中微地震监测背景噪声以及某些相关噪声特点,以长短时窗能量比法为基础,结合偏振分析,设计利用偏振一能量比综合的方法来识别微地震有效事件,经实际资料验证该方法具有一定的可靠性.根据实际有效信号与噪声在多级检波器之间的出现规律利用多级间时差对识别结果进行约束来排除某些特殊噪声的影响.将这种方法应用于整套水力压裂微地震监测资料中,能够快速稳定的识别出大量微地震有效事件,有比较好的应用效果.     

Hankel矩阵滤波在微地震数据处理中的应用

针对微地震信号能量弱、信噪比偏低的问题,将基于Hankel矩阵的滤波算法引入微地震信号处理中,用于衰减微地震信号中的随机噪音,提高微地震事件波至时间的拾取精度;采用Akaike信息准则(AIC)自动选取信号特征值,能适用于微地震事件的实时自动处理。与常规滤波方法相比,该方法在压制噪音的同时保护了微地震信号,其有效性和实用性在模型数据和实际微地震数据测试中得到了验证。      

初至时间的自动拾取

初至时间的自动准确拾取一直是地震勘探中的一个基础而又很重要的问题。前人已基于一些简单的假设提出了几种自动拾取初至的计算机算法,但拾取精度总受噪音及波形变化的影响。本文提出了一种改进的倾角扫描相关算法与改进的能量比法联合拾取初至时间的方法。该方法是在利用扫描相关算法对地震道进行噪音压制后,采用能量比法确定可能存在的有效波的初至粗略时间,然后利用倾角扫描相关算法验证有效波的存在,利用峰值法及拐点校正法求取精确的初至时间,最后利用人工拾取的经验准则进行初至可靠性检查及互换时间校正。本文的算法已在Z—181微机上实现,在江苏省连云港市文物保护折射波勘查的自动化解释中应用效果较好。     

物探与化探图件的编制标准

初至时间的自动准确拾取一直是地震勘探中的一个基础而又很重要的问题。前人已基于一些简单的假设提出了几种自动拾取初至的计算机算法，但拾取精度总受噪音及波形变化的影响。本文提出了一种改进的倾角扫描相关算法与改进的能量比法联合拾取初至时间的方法。该方法是在利用扫描相关算法对地震道进行噪音压制后，采用能量比法确定可能存在的有效波的初至粗略时间，然后利用倾角扫描相关算法验证有效波的存在，利用峰值法及拐点校正法求取精确的初至时间，最后利用人工拾取的经验准则进行初至可靠性检查及互换时间校正。本文的算法已在Z—181微机上实现，在江苏省连云港市文物保护折射波勘查的自动化解释中应用效果较好。     

双约束变换时窗统计能量比地震波初至拾取方法

地震数据的初至拾取是地震勘探中数据预处理的关键步骤。在非常规油气藏的开发过程中,地面微地震监测技术被广泛应用,由于微地震数据信噪比普遍较低,因此很难得到较为准确的初至拾取结果。针对地震数据的初至拾取精度和算法的抗噪性能,在变换时窗统计能量比法的基础上进行改进,应用统计学规律的同时设置阈值门槛R,求取可信度高的优势道,结合拾取范围约束Z以及多种拾取策略逐道计算,最终实现地震记录的初至拾取。利用该方法对松辽盆地某工区三维地震数据及某地区水平井水力压裂地面微地震监测数据进行初至拾取,取得到了较好的拾取效果,验证了该方法的实用性。     

地面阵列式微地震数据盲源分离去噪方法

由于地面噪声干扰多,原始微地震监测数据的信噪比相对较低,而数据品质决定了微地震事件的定位精度,因此,提高监测数据信噪比是微地震处理的关键环节。充分利用地面阵列式微地震数据监测台站数量多、间距近和分布广的优点,采用基于互相关的盲源分离去噪方法,进行随机噪声的压制。基于互相关盲源分离的阵列式微地震数据去噪方法,采用负熵作为目标函数,以粒子群优化方法进行高效求解,并通过互相关系数有效解决了盲源分离的不确定性问题,实现了地面阵列式微地震事件分量与噪声干扰分量的有效分离。通过正演模拟数据和实际微地震监测数据的去噪效果分析,证实了该方法的有效性和实用性。     

对比地震记录信噪比的几种估算方法

估算地震记录信噪比的三种方法有SVD法、统计平均分析法和频率域估算法。利用理论模型分别对它们进行对比评价,得出当地震记录有效信号的水平相关性比较好时,三种方法都可以得到较理想的结果;但当地震记录有效信号为非水平时,三种方法均存在不同的问题。在此基础上提出了相关时移法,该方法考虑了地震记录道间有效信号的相位变化,比起其它方法来更能得出好的结果。     

分形在检测地震波初至方面的应用

在地震记录中，以纯噪音到信号加噪音的过渡处，即初至附近，分维数发生明显的变化，因此可以分析沿地震道的分维变化来检测信号的存在，这种算法在噪音严重的情况下，也能精确地拾取有效波初至。     

特殊地质结构层状岩体微震传播规律试验研究

矿山工程地质中往往存在断层和采空区,微震信号传播经过断层和采空区时,其传播规律必然会发生改变,因此研究特殊地质结构微震信号传播规律具有重要意义。基于惠更斯原理,考虑不同层状岩体中微震波传播速度不同,建立了非均匀介质条件下微震波的波面方程,进而获得波面半径与入射角之间的关系。结合室内相似材料模型实验,验证了波面方程的适用性,同时总结了断层、采空区对微震信号传播的影响特征。研究结果表明：微震信号穿过断层的用时更长,断层的存在导致信号的能量（最大振速）发生较大幅度的衰减;微震信号穿过断层后会以原来的速度继续传播,信号能量的衰减并不会使微震信号的传播速度发生衰减;微震波穿过断层时的入射角越大,穿过断层的用时越长,信号的能量衰减越多;采空区的存在导致微震信号的传播速度发生衰减,震源与监测点之间的距离越近,采空区对微震信号相对传播速度的影响越大。     

压制噪声的高分辨率Radon变换法

Radon变换在地震处理中有诸多应用,在地震同相轴识别和估计方面有良好效果。对最小平方意义下反演和基于贝叶斯原理的稀疏约束反演的Radon变换域结果进行了对比,后者的变换效果更好,收敛能量的分辨率高,即压制了离散运算中的截断效应。又通过加噪模型数据,对比了高分辨率Radon变换方法和Radon域内的二维蒙版滤波方法,两者压制规则干扰和随机噪声的效果较好并且结果相似,但后者计算效率较高。在实际数据处理中,比较了FK滤波、高分辨率线性和抛物线Radon变换,以及二维蒙版滤波方法的去噪效果和计算效率,选择二维蒙版滤波方法最优。     

微地震数据去噪方法综述

随着常规油气藏资源不断枯竭,非常规油气藏的勘探开发已逐渐成为一种必然趋势,从而使得微地震监测技术快速发展。微地震事件的发生持续时间短、声波频率高,使得实际采集到的微地震数据信噪比较低。本文首先简要介绍了微地震监测技术能够在非常规油气藏开发中保证高效的增产,以及微地震噪声压制在微地震监测技术数据处理流程中是关键一步,直接影响着后续微地震研究的准确性和可靠性;并对地面微地震监测数据中的噪声源进行分析,归纳了地面微地震监测中常见噪声：强脉冲干扰、工业交流电干扰、钻井干扰、声波干扰、规则干扰等,分析了其各自的基本特点。然后,概述了地面微地震数据去噪方法已取得的成果,按频率、传播方向、空间分布区域等特性进行分类,分析各种去噪方法在实际应用过程中针对的噪声类型,以及在去噪过程中对有效信号造成的影响等。最后,基于深度学习具有更强的复杂函数表征能力,分析了3种典型深度学习模型的结构及特点;结合在其他相关领域数据去噪问题的成功应用,深度学习可以解决目前微地震数据噪声压制存在的问题,可以作为微地震数据去噪的一种新方法;考虑到目前微地震数据样本数量可能影响深度学习在微地震监测中大规模的应用,本文提出用生成式对抗网络来构建微地震数据样本库以解决该问题,并将其用于后续深度学习过程中的模型训练。     

二维小波变换与中值滤波联合去噪方法研究

由于随机噪声是一种频带较宽的干扰波,因此依靠单一的去噪处理方式往往难以获得清晰反映目标体的地震信息。小波变换能够较好的去除高斯噪声,保留有效波中、高频成分,提高记录的信噪比,但去除脉冲噪声的效果却并不理想;中值滤波具有良好的边缘保持特性,虽低频去噪声效果有限,但去除脉冲噪声效果明显。因此可利用二维小波变换与中值滤波优势互补的方法,进行叠前去噪处理,达到去除宽频随机噪声的目的。首先运用二维小波变换的理论,采用自适应门限阀值方法进行去噪,同时结合中值滤波方法联合去噪。模型与实际数据的应用效果表明,联合去噪方法可有效压制噪声能量、保留高频有效信号、提高地震记录信噪比与分辨率。     

Two types of multiple solutions for microseismic source location based on arrival-time-difference approach

The arrival-time-difference approach is the dominant source location approach used in the microseismic source location area. Multiple solutions problem is one of the major concerns in microseismic source location, which is closely related to the microseismic network. This paper categorizes the multiple solutions into two types based on the origin times when using the arrival-time-difference approach. Type I multiple solutions are those which have the same origin time; type II multiple solutions are those with different origin times. The sufficient and necessary conditions to produce type I multiple solutions are that all sensors are located in a straight line for two-dimensional cases and on a plane for three-dimensional cases. The sufficient and necessary conditions to produce type II multiple solutions are that all sensors are located on a hyperbola for two-dimensional cases and on a hyperboloid for three-dimensional cases. Furthermore, the proofs indicate that type I multiple solutions are preventable, while a microseismic network consisting of the minimum number of sensors can never be free of type II multiple solutions. It means, besides the minimum number of sensors, at least one more sensor which is not on this hyperbola or hyperboloid is needed to uniquely determine a source. The results from field tests and applications indicate that when the sensors of a network lie on a hyperbola, the type II multiple solutions may not be the necessary outcome under the influence of errors in real data. However, the accuracy of the microseismic source location is affected significantly by this kind of networks. The results also show that not only the multiple solutions problem can be avoided effectively, but more importantly, the accuracy of the source location will be greatly improved by the optimization of network based on the characteristics of the microseismic network and field conditions.     

Microseismic Monitoring at a Limestone Mine

Improving microseismic monitoring efficiency and accuracy at a mine requires an integrated effort. This article discusses a case study which demonstrates that the monitoring efficiency and accuracy can be drastically improved through optimally using the existing array, efficient techniques for signal processing and noise separation, and the advanced location algorithm which not only offers a robust search scheme, but also features the techniques for efficient data utilization and further error detection and minimization. The study is a collaborated research between Penn State and NIOSH researchers for the better use of microseismic technique for mine safety, ground control and roof fall prediction.     

压裂微震数据初至拾取的时频谱熵法

在油气田开发过程中,微震监测是获得水力压裂引起裂缝分布的一种较为有效的方法。微震的定位成像与裂缝解释需要利用有效微震信号位置,而微震信号具有低信噪比的特点,传统信号拾取方法无法有效实现较低信噪比条件下初至时刻的准确拾取。本文提出一种基于时频谱熵的初至拾取新方法,该方法首先通过S变换获取含噪信号的时频谱;然后对谱内各个采样点沿频率方向进行分帧操作,并计算每帧频段内的近似负熵值,以最小近似负熵值作为该谱点的负熵值;最后沿时间方向比较各谱点的负熵值,最小值对应的时刻即为初至时刻。本文利用不同信噪比的合成地震数据对该方法进行效果验证,并与长短时窗能量比（STA/LTA）法进行拾取结果对比,结果表明：信噪比在-5 dB时,两种方法拾取效果都很好;信噪比在-10 dB时,时频谱熵法拾取效果更好。时频谱熵法更适合低信噪比情况下的信号初至拾取。     

岩体破裂尺度与频率特征关系及其工程实证研究

将S变换时频分析技术引入微震信号波形分析领域,通过震源破裂尺度,研究微震信号频率特征与岩体变形破坏之间的联系。以西南地区3个水电工程作为研究对象,将大量微震监测数据作为统计样本以减小外部因素对参数计算的影响。在该基础上统计、分析岩体破裂尺度与微震信号频率之间的关系,结合大渡河猴子岩水电站地下厂房微震与多点位移计监测资料进行工程实证研究。研究结果表明,当岩体破裂尺度增大时微震信号高频成分减少,表现出低频特征;在围岩变形过程中微震信号高频成分呈现出先减少再增加的演化规律,围岩发生明显变形前微震信号出现由高频向低频转移的现象,因此,可将聚集区域内微震信号频率降低作为该区域岩体宏观变形破坏的前兆信息。研究结果可为基于微震监测的岩体工程稳定性分析及其灾害预测预报提供参考。