井中微震监测数据处理方法研究与应用

井中微震监测的目的是确定压裂过程产生的裂缝的几何形态,采集到具有微震事件的原始记录信噪比低,纵横波初至拾取困难,直接影响到微震的定位及后续的裂缝形态描述。通过分析但由于微震信息较弱,因此微震事件的记录特点,结合实际应用过程中遇到的问题对处理方法进行了研究,包括去噪处理、微震事件识别、纵横波初至拾取、极化分析、模型建立及校正、微震定位等。研究表明,带通滤波可有效法除噪音;长、短时窗能量比法可精确的记录微震事件及初至时间自动拾取;利用纵波尖端曲线图可以确定微震源方向;速度模型的建立应以校正炮时距曲线拟合理论曲线为原则;利用Geiger和网格搜索法可精确得到震源定位结果。     

微地震事件不同初至拾取方法的对比分析

微地震事件初至的精确拾取是微震时空定位的关键技术之一。简述了STA/LTA (Short–Term to Long–Term Average)、AIC (Akaike Information Criteria)、分形维数3种微地震初至拾取方法的基本原理;采用理论模型数据对不同初至拾取方法进行了方法测试效果分析;并选取不同信噪比的实际数据对初至拾取精度、算法效率两个方面进行了比较。结果显示:高信噪比时,3种方法初至拾取的精度都比较高;在信噪比降低时,分形维数法初至拾取的精度仍然较高,具有较好的抗噪性;但是,分形维数法的效率较低,且受算法原理限制,并且与AIC法很难单独拾取事件初至。因此,采用STA/LTA识别微地震事件,初步确定初至范围,然后再使用AIC方法精确拾取初至,是微地震事件初至拾取的较好方法。      

基于STA/LTA和分形维算法的微震事件初至自动拾取方法

精确拾取微地震事件初至是微震定位的关键技术之一。根据STA/LTA和分形维数两种微地震初至拾取方法的原理,采用理论模型数据对两种初至拾取方法进行了测试,并选取不同信噪比的实际数据从初至拾取精度、算法效率两个方面进行了对比。结果表明,对于高信噪比微震事件,两种方法都能获得精度较高的初至,但对于低信噪比微震事件,分形维数与STA/LTA比较其拾取精度相对要高。鉴此,运用STA/LTA和分形维两种算法相结合的微震事件初至拾取方法,对实际数据进行了处理,实现了微震事件初至较为准确的自动拾取。     

用共偏移距初至曲线联动共炮点道集拾取地震波初至

在共偏移距初至曲线上，针对初至偏大和初至偏小的点，分别设置不同的计算参数，联动共炮点道集进行初至批量修改。在初至自动拾取算法上，利用波谷波峰比，结合参考初至、拾取时窗以及门槛值等参数，较好地解决了低信噪比地区初至拾取精度和效率问题。     

基于长短时均值比法、偏振法和AIC法三种微地震初至拾取方法的对比

为获得更有效的微地震初至自动拾取方法,笔者分析了3种具有代表性的初至自动拾取方法(长短时均值比(STA/LTA)法、偏振分析法、AIC法)的原理及国内外研究进展,对3种方法在实际数据处理中的应用情况进行比较,讨论每种方法的实用性及在实际数据处理应用中存在的优缺点。在综合3种微地震初至拾取方法的基础上,发展了综合法。实际数据处理结果表明综合法能有效地对振幅弱、信噪比低的微地震信号进行初至拾取,提高微地震初至拾取的准确性。     

微地震震源定位方法综述

微地震震源定位方法是微地震监测领域的一项核心技术，而考量微地震技术应用效果好坏的准则在于震源定位方法的精确程度。针对非常规油气开发过程中微地震震源定位方法的应用，本文对微地震震源定位方法进行阐述。其中：几何作图法具有稳健、效率高的优势，但震源位置较深时定位精度较低；线性定位法无需速度模型精度，但对初至拾取的精度有较大影响；非线性定位法对初至拾取较为敏感，对速度模型的精度要求较高，但计算量较小；混合优化定位法在一定程度上提高了定位的精度和效率，但在低信噪比、速度模型精度较低时优势不明显；基于波形偏移的定位方法无需考虑初至拾取的精度，但计算量较大；基于神经网络的定位方法采用训练网络进行训练，定位精度高，误差小。同时，本文还介绍了多方法多参数信息融合技术在油气藏微震震源定位中的应用。     

基于时窗能量比与互信息量的微地震初至拾取方法

由于微地震事件本身能量弱、资料信噪比低的特点,初至快速精确的拾取成为其关键而又亟待解决的问题。针对微地震事件初至人工拾取效率低、时窗能量比方法拾取精度低的特点,从信息熵和互信息量的角度开始研究,根据互信息量是随机变量间统计依存性与关联程度的量度特点,研究了一种时窗能量比与互信息量准则的微地震初至拾取方法,首先以时窗能量比算法来粗略估计初至的到达时刻,然后再利用互信息量算法来准确的拾取初至,通过模型验证与实际数据的测试,并与常规方法对比分析,验证了方法的有效性与可行性,能够较为准确与快速地实现微地震初至的自动拾取。     

地震随机噪声压制及其初至走时拾取方法研究

针对具有较强随机噪声干扰的地震波形无法准确拾取初至走时的问题,提出在运用自动拾取算法前对地震随机噪声进行压制处理的思想。采用完备集合经验模态分解(CEEMD)联合小波阈值对地震信号进行噪声压制,与小波阈值法的联合使用可有效改善CEEMD方法中直接舍弃部分IMF高频分量,造成去除高频噪声的同时也将相应分量上的有效信息一并去除,进而导致信号失真的问题。采用改进滑动时窗能量比联合AIC信息准则法对去噪后的地震波拾取初至走时,该方法首先根据改进滑动时窗能量比法识别地震事件并大致确定初至时刻,然后在该时刻前后取一时窗,使用AIC方法计算AR模型在该时窗范围内的极小值,得到精确的初至波走时。合成及实际地震资料处理结果表明,在拾取初至走时前进行地震随机噪声压制,可有效提高初至波走时的拾取精度。     

基于差分进化算法的微震定位

针对传统基于走时微震定位方法存在的定位精度依赖于走时精度问题,提出了改进定位目标函数的差分进化微震定位方法。基于传统微震P波走时定位方法,在定位目标函数中加入了误差加权系数,通过降低初至拾取精度低的微震信号道对定位误差的影响,减弱了初至拾取精度对微震定位的影响;利用差分进化算法,通过种群初始化、变异、交叉和选择等操作,求解改进的微震定位目标函数,实现微震定位;对模型数据和实测数据进行试处理,结果表明:改进的目标函数能明显降低误差较大分量对总误差的贡献;提出的改进定位目标函数的差分进化微震定位方法,在部分微震信号道走时拾取误差较大甚至错误的情况下,能很大程度减弱拾取误差对定位精度的影响,可以获得较好的定位结果。      

一种可靠的强噪声三分量微地震数据初至拾取方法

精确的初至拾取是微地震数据处理中至关重要的环节。主流的长短时窗比法(STA/LTA)和基于自回归模型的赤池信息准则(AR-AIC)方法,对强噪声数据的拾取效果并不理想。为了更为精确的估计强噪声数据初至,提出了一种基于小波多尺度分析(WMA)和AIC算法的联合拾取方法。首先使用WMA对强噪声三分量(3C)微地震数据进行分解,并重构其近似数据作为实际计算数据,同时计算其绝对值的最大值点,来约束AIC计算数据段,最终选取AIC序列的全局最小值点作为其初至点。文中采用合成数据和实测数据对该改进算法进行了验证,拾取结果表明该算法能有效适用于强噪声微地震数据初至拾取,并明显提高其拾取精度(误差在0.25～0.5 ms之间)。     

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。      

基于波形参数的微震P波到时拾取值质量控制方法

微震事件中常常包含一些异常信号、强噪声干扰信号和弱信号,这些通道信号的P波到时自动拾取精度往往很低,甚至拾取错误。目前国内外微震监测系统进行自动定位时,并不对各个P波到时拾取值预先筛选,而需要技术人员手动剔除或修正部分无效P波到时,然后才能进行正确定位。为此,首先引入了一种Akaike信息准则（AIC）两步骤拾取算法,并基于某深埋隧道微震监测案例定量分析了P波到时拾取误差与震源定位精度之间的关系,从而引入了P波到时拾取值容许误差的概念。然后,利用AIC两步骤拾取算法拾取微震波形的P波到时,并计算各项波形参数,进行大量统计,深入研究了影响P波到时拾取精度的波形参数。以容许误差为基准,将P波到时拾取值分为有效（标签为1）和无效（标签为?1）两类,并以相应的波形参数为数据输入,采用支持向量机方法（SVM）训练数据,最终建立了P波到时拾取值质量控制模型。实际应用表明：P波到时拾取值质量控制方法能有效剔除错误拾取值,从而大幅度提高数据自动处理效率和震源定位精度。     

基于多道信噪能量统计的微地震有效信号识别方法

在微地震监测中有效微地震信号的识别是关键步骤。常规的微地震有效信号识别方法基于单道长短时窗能量比,受噪音影响较大,对于信噪比较低的事件无法准确识别。利用多道记录数据之间的信号相关性好而信号与噪音相关性差的特点,通过记录道自相关求取总能量和相邻记录互相关求取信号能量,以有效信号能量所占比即含信能量比作为门槛值进行有效信号识别,信号识别过程中利用多道互相关对噪音进行了有效压制,提高了微地震信号识别的压噪能力,通过模型数据和实际资料处理验证了方法的有效性。     

含采空区层状岩体微震信号传播规律试验研究

微震信号在层状岩体中传播规律的研究对于实现震源准确定位具有重要的现实意义。在天然岩体中，微震信号在岩层中传播的速度，不仅受其内部因素即岩石自身物理性质的影响，还受外部因素如地质结构面、断层及采空区等条件的影响。通过室内试验的方法对微震信号在不同岩层及采空区处的传播规律进行研究。结果表明：波速随着传播距离的增加而逐渐衰减，且岩层密度越大衰减越慢；穿过的结构面数量越多，微震信号传播速度衰减比例越大；能量的衰减与波速的衰减一致。采空区断面横截面积越大，微震信号通过的用时越长；采空区周围岩石密度、弹性模量等物理性质的数值越大，微震信号通过时衰减越少。边际谱分析结果表明：断层对频率高的微震信号阻碍作用更强。