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.     

地面微地震监测速度模型优化方法研究

地层速度模型精度对水力压裂微地震事件的定位结果起着关键的作用,常规的速度建模方法是根据声波测井资料建立初始层状速度模型,根据拾取的射孔信号初至通过反演进行速度模型优化,结果受射孔信号信噪比及初至拾取误差的影响较大,不适用于地面微地震监测.为了提高地面微地震速度模型的精度,提出了将多道射孔信号的叠加能量作为目标函数,基于粒子群优化算法的地面微地震速度模型优化方法,并通过模型数据和实际数据的处理进行了验证,结果表明该方法避免了无法拾取初至或初至拾取不准对速度模型优化结果的影响,有效实现了速度模型的优化,明显提高了地面微地震监测的定位精度.     

基于并行模拟退火算法的微地震速度模型校正方法研究

在水力压裂微地震监测中,速度模型的误差对微震定位结果的偏差影响尤为显著,因此如何获得较为准确的速度模型是微震监测过程中的重要一步.一般使用测井数据和射孔监测数据来反演计算微地震速度模型.该计算过程耗时较长,这不利于微震监测的实时化.针对这个问题,本文从模拟退火法入手,提出采用多马尔科夫链的并行方案,将其与速度模型的校正过程相结合.通过拆分马尔科夫链并分别在多线程中并行计算,可以大大缩短单条线程中的计算时间以达到提升速度模型校正效率的目的.经过合成数据及实际监测数据的验证,证明了本文方法相对串行模拟退火法,能有效提升速度模型校正的效率,并且精度上也能得到保证,能充分满足野外实时监测的需求.     

一种改进的基于网格搜索的微地震震源定位方法

震源定位是微地震监测技术要解决的主要问题.目前,井下微地震监测多采用走时拟合法计算震源位置.常规方法受到环境噪声、初至拾取误差、速度模型误差等因素的影响,定位结果存在一定误差.为了提高定位精度,本文提出了一种改进的基于网格搜索的微地震震源定位方法.本文方法根据P波的偏振特征参数计算概率密度函数求取震源方位角,并采用改进的目标函数和搜索算法计算震源的径向距离和深度.模型数据和实际资料的处理结果表明,本文方法具有较强的抗噪性,计算得到的震源方位角更加接近真实值;与常规目标函数相比,本文方法采用的目标函数具有更好的收敛性,其定位结果受初至拾取误差和速度模型误差的影响更小;本文提出的搜索算法能够消除由于错误拾取造成的观测到时中的异常值对定位结果的影响.     

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.     

层状TI介质中微地震定位和各向异性速度结构同时反演

微地震监测被广泛应用于非常规油气资源的水力压裂作业、油藏描绘和水驱前缘监测工程中.微地震定位采用的初始速度模型一般是基于地震测井记录和射孔数据建立,该速度模型的不准确性易引起定位误差.为降低这种定位误差,本文发展了一种微地震定位和各向异性速度结构同时反演的方法.研究对象为1-D的层状TI介质,其中对称轴方向任意.利用改进的分区多步最短路径算法计算qP、qSV和qSH波的到达时间和射线路径,结合共轭梯度法求解带约束的阻尼最小二乘问题.数值模拟结果表明,该算法能同时进行各向异性速度结构模型(每层的Thomsen参数和界面深度)和微震震源参数(空间坐标和发震时刻)的反演,并且对随机噪声不敏感,有利于实际工程应用.     

基于MSFM的复杂近地表模型走时计算

地震走时层析成像方法是解决复杂近地表模型速度建模问题的重要技术.该方法是一种迭代反演方法,在反演过程中需要反复计算地震射线走时.故而,高效高精度且能适应复杂模型的走时计算方法是地震走时层析成像实用化的关键技术之一.本文引入医学成像领域研究的MSFM(Multi-stencils Fast Marching Methods)用于地震层析反演中的走时计算.该方法在标准FMM(Fast Marching Methods)基础上利用坐标旋转生成新的FMM计算模板,使计算网格点对角方向邻点参与计算,改善了标准FMM存在对角方向误差大的缺陷.本文分析对比了MSFM和标准FMM的计算精度和计算效率;针对地震层析成像技术解决的起伏地表模型建模问题,研究了起伏地表模型地震走时计算的MSFM实现方法;采用炮点邻近区域局部细分网格技术只需增加很少的计算量即可大幅提高计算精度.理论分析和模型试算表明MSFM算法明显改善了FMM的计算精度,同时保持了FMM算法的高效性.文章通过对崎岖地表模型的正演和层析反演试算,验证了基于MSFM的地震走时计算方法对复杂模型有很强的适应能力.研究表明该方法作为地震走时层析反演中高效高精度的正演算法,有很好的应用价值.     

基于DFP算法的小尺度微震定位方法研究

针对小尺度微震活动监测的需要,本文基于DFP优化算法以传感器监测到时和计算到时的残差平方和最小为目标函数来进行微震震源位置定位,并对该方法进行了计算机数值仿真。仿真结果表明,DFP算法可用来进行地震定位,其定位结果受计算初值影响较小,而受走时误差和波速误差影响较大。通过野外微震观测实验研究,证明DFP法定位精度较高,适用于小尺度微震活动定位分析。     

利用DE算法反演地壳速度模型和地震定位

利用差异演化（Differential Evolution）非线性全局优化算法，设计了一种反演地壳速度模型和进行地震定位的方法，并给出了反演结果的具体分析.利用有限差分算法计算速度模型的走时场，可以节省大量的计算量，加快计算过程.反演得到的地壳速度模型和地震的震源参数可以直接用于地震层析成像研究，还可以利用地震层析成像得到的三维速度结构对地震重新定位，从而得到较为精确的震源参数.地壳速度模型的反演方法也可以用于三维速度结构的反演.     

邻近算法在微地震震源位置和一维速度模型同时反演中的应用

微地震事件的空间分布可以用来监测水力压裂过程中裂缝的发育情况。因此,震源定位是微震监测中重要的环节。震源定位依赖准确的速度模型,而震源位置和速度模型的耦合易导致线性迭代的同时反演方法陷入局部极小值。邻近算法作为一种非线性全局优化算法,能够最大程度地避免陷入局部最优解。本文将邻近算法应用于单井监测的微震定位和一维速度模型同时反演,首先利用邻近算法搜索一维速度模型,再使用网格搜索方法进行震源定位,并根据定位的走时残差产生新的速度模型,最后通过若干次迭代使其收敛到最优解。理论和实际数据结果均表明该方法能够避免局部最优解,得到较为可靠的震源位置和一维速度模型。     

水力压裂微地震井地联合监测系统及仪器

水力压裂技术是油气田增产和低渗透油田开发的有效技术手段,通过监测油层裂缝延展过程中产生的微地震事件,能够有效地判断裂缝走向.现有的井中监测方法存在成本较高、施工难度大的问题;地面监测存在信号信噪比低、垂向分辨能力差等问题.本文采用井地联合微地震监测的方法,在地面布置采集仪器的同时,选择邻近的单口监测井放置井中仪器,对微地震事件进行联合监测定位.采用联合监测的方法,在水平方向和垂直方向上都能够获得较好的监测视角,对比单一监测方法提高了微地震事件的定位精度.在此方法的基础上研制的井地联合微地震监测仪器系统,解决了现有仪器系统在进行联合监测时通讯链路不通的问题,实现了在压裂施工现场对微地震联合监测数据的实时回收、处理及结果呈现.应用本系统在大庆油田进行现场监测,获取的微地震事件对压裂裂缝进行了有效评价;通过对已知射孔点进行反演定位,采用井地联合监测将定位误差由地面监测的32 m降低至14 m,验证了本文技术的有效性.     

区域一维速度模型对地震定位的定量影响

利用2017年8月1日至2017年12月31日四川地震台网和甘肃地震台网记录到的发生在青藏高原东缘的731个地震事件的9 284条Pg震相到时数据,首先反演了该地区的“最小一维速度模型”,并将该模型和选取的速度模型建立对比模型,以九寨沟地震序列为研究目标,定量讨论了两种速度模型分别在绝对定位和相对定位方法中对定位结果的影响。所得定位结果表明:反演获得的“最小一维速度模型”在重定位中可以有效地减小地震走时均方根残差;绝对定位比相对定位更加依赖于一维速度模型,一维速度模型会直接影响绝对定位结果中的震源分布形态,但在相对定位结果中仅起到调整地震事件相对位置的作用;在地震绝对定位中,震级越大的地震对于速度模型越敏感,而这一特点在相对定位中表现得并不明显。通过本项研究可知,在地震定位研究中,联合采用绝对定位和相对定位方法是最佳策略。      

基于分组互相关成像条件的微震逆时成像定位方法

地面微地震记录的信噪比常常很低,微地震走时拾取困难,难以利用基于微震走时的方法进行震源定位,微震逆时成像作为有潜力的地面微震定位方法而成为研究热点.微震逆时成像的效果和效率与所使用的成像条件密切相关.本文通过对不同信噪比微地震记录的逆时成像实验,在分析现有的自相关和互相关成像条件优缺点的基础上,提出分组互相关成像条件,讨论了分组方式对成像结果的影响.结果表明:分组互相关成像兼顾了自相关和互相关成像的优势,避免了它们的缺点.通过采用合适的分组方式,可以在满足计算效率要求的情况下,获得空间分辨率很高的震源成像结果.分组互相关成像对低信噪比资料具有很强的适应性,是一种很有前景的地面微震定位方法.     

双差地震定位算法：方法和在加州北海沃德断层上的应用

研究出一种在远距离范围确定高分辨率震源位置的有效方法。这种定位法同时使用普通的绝对走时和／或互相关的P波和S波的差异走时数据。将每个台站观测的事件都与台站组成台站一事件对，使地震对的观测和理论走时之差的残差(或双差)最小。反复调整震源对的矢量差，得到了最小二乘解。双差算法用于没有进行台站校正的未经模型化的速度结构而使误差最小化。因为地震目录和互相关数据同时应用在一个方程组中，多重事件内部的事件之间的距离取决于互相关数据的精度，而多重事件和不相关事件之间的相对位置取决于绝对走时的精度。统计的再抽样方法用于估算数据的精度和定位的误差。双差定位的不确定性与地震目录相比降低了一个数量级以上。这种算法已得到验证，并应用在加州北海沃德断层上的两个地震丛的定位中。它使分散的目录定位集中成水平震源条带，形成了清晰的地震活动图象，揭示了断层上存在一个狭窄的通过脆性破裂释放应力的区域。     

基于频率衰减补偿的微地震定位方法

本文分析了不同频率的震源子波在传播过程中频率衰减与传播距离的关系,提出了地震波频率衰减补偿的微地震定位方法.该方法通过对地震波频率衰减的补偿,间接获取微地震事件的道间时差,避免了微地震事件的信号识别与走时拾取,实现了对微地震事件的定位.本文提出了方法的基本原理和计算方法,并通过理论计算和误差分析表明该方法是合理的和有效的.     

三维复杂速度模型的交切法地震定位

地震定位是地震监测与减灾研究重要基础.基于均匀或横向均匀介质模型,利用震源轨迹确定震源位置的交切法具有稳健和效率高的优点,但定位精度较低,特别是震源深度.为提高震源定位精度,我们提出适用于三维复杂速度模型的地震定位交切法.将地壳速度模型由均匀或横向均匀介质模型扩展为三维复杂速度模型;均匀或横向均匀介质模型对应的原假设为球面或双曲面的震源轨迹通过最小走时树射线追踪技术予以确定.确定震源位置的震源轨迹以到时差作为约束条件;将震源定位于震源轨迹交汇最密集的点处,即总的到时差残差(RDT)最小的点处.定位结果的不确定性可通过RDT值较小节点的空间分布予以定性表示.考察了准确速度模型、扰动速度模型、扰动观测到时及地震在台网外等4种情况下改进方法的地震定位效果,结果表明改进的交切法可用于三维复杂速度模型的地震定位;综合利用P波与S波的到时差信息,可明显改善震源位置约束;使用多条震源轨迹进行定位,有助于减少由随机因素导致的定位误差.     

全干涉成像的微地震定位方法研究

基于偏移成像的微地震定位方法由于可避免走时拾取误差以及可实现自动化定位等优点被广泛应用.绕射叠加方法将能量沿走时曲线聚焦到空间网格点上,进行成像时需要搜索发震时刻.干涉成像方法利用互相关提取的走时差信息可避免搜索发震时刻,但定位结果受数据信噪比的影响较大.为了进一步提高干涉成像法的定位精度,本文提出一种同时使用互相关和自相关道集的全干涉成像方法,增加的自相关道集提取的S-P走时差可降低震源-检波器方向的定位误差,提高定位精度.单井监测的理论测试和实际数据的研究结果表明,全干涉成像的定位精度高于仅使用互相关道集的干涉成像方法,同时计算效率高于绕射叠加方法.     

运用改进的地震定位交切法重定位2001—2010年云南地震

传统地震定位方法利用震源轨迹确定震源位置,但基于均匀或横向均匀介质模型必然导致定位误差。为此对传统方法进行改进,发展适用于三维复杂地壳速度模型的地震定位交切法。利用最小走时树射线追踪技术,以离散方式准确计算三维复杂地壳速度模型中的震源轨迹,将震源定位于震源轨迹交汇的密集点。将该方法应用于云南地区地震重定位,得到较高定位精度。     

三维地震与地面微地震联合校正方法

由于地面微地震监测台站布设在地表,会受到地表起伏、低降速带厚度和速度变化的影响,降低了微地震事件的识别准确度和定位精度,限制了地面微地震监测技术在复杂地表地区的应用.因此,将三维地震勘探技术的思路引入到地面微地震监测中,提出了三维地震与地面微地震联合校正方法,将油气勘探和开发技术更加紧密地结合在一起.根据三维地震数据和低降速带测量数据,通过约束层析反演方法建立精确的近地表速度模型,将地面微地震台站从起伏地表校正到高速层中的平滑基准面上,有效消除复杂近地表的影响.其次,根据射孔数据和声波测井速度信息,通过非线性反演方法建立最优速度模型,由于已经消除复杂近地表的影响,在进行速度模型优化时不需要考虑近地表的影响,因而建立的速度模型更加准确.最后,在精确速度模型的基础上,通过互相关方法求取剩余静校正量,进一步消除了复杂近地表和速度模型近似误差的影响.三维地震与地面微地震联合校正方法采用逐步校正的思路,能够有效消除复杂近地表的影响,提高微地震数据的品质和速度模型的精确度,保证了微地震事件的定位精度,具有良好的应用前景.     

复杂介质地震定位中震源轨迹的计算

在地震定位中常常需要求解震源轨迹,但由于复杂介质中的震源轨迹较为复杂,难以给出其解析解,因此震源轨迹的计算通常仅限于简单介质模型.本文基于最小走时树射线追踪技术,提出了一种计算复杂介质中震源轨迹的方法.为回避发震时间问题,以观测到时差作为震源轨迹的约束条件.首先从模型节点中选出少量理论到时差与观测到时差之绝对差,即双重时差较小的点作为震源轨迹的代表点,然后以其中双重时差最小的点为初始点,在双重时差场中利用最小走时树射线追踪方法计算出初始点到其他震源轨迹代表点的射线路径作为震源轨迹.当选的震源轨迹代表点较多时,得到的震源轨迹较为粗略,此时可去掉射线经过次数较少的代表点的射线路径使震源轨迹更为精细.为减少计算量,对最小走时树射线追踪方法的终止条件做了修正.以一个复杂介质模型中的地震为例,计算了包括速度扰动、到时扰动等不同情况下的震源轨迹,结果表明所提出的震源轨迹计算方法切实可行.