专利名称：基于方位角约束的微地震事件定位方法
技术领域：
本发明涉及石油天然气地震勘探领域的微地震震源定位技术，更具体地，涉及一种基于方位角约束扫描叠加的微地震事件定位方法。
背景技术：
由于需要比较快速地得到压裂结果，对压裂效果进行评价，进而对开采方案进行及时调整，故需要对水力压裂微地震监测资料进行实时的处理解释。目前所采用的微地震监测资料处理方法主要以人工识别、初至反演为基�。捎谖⒌卣鸺嗖庾柿鲜菁锹际奔涑�、数据量大，采用人工识别并对微地震有效事件进行初至拾取会耗费大量的人力与时间。传统方法处理一次水力压裂监测数据得到裂缝分布图像需要比较长的时间，不能满足实时监测的需求；另一方面，传统方法无法适用于开发、监测等今后微地震监测的发展方向。尽管实时监测的方法国内外已有人研究(主要是叠加方法)，但是目前研究的叠加方法精度较低、多解问题严重，不能较好地应用到实际微地震实时监测中。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于方位角约束的微地震事件定位方法，所述方法包括根据测井资料及射孔资料在井口下包含微地震源的地下空间中建立速度模型；对井口下包含微地震源的地下空间建立三维坐标系统并进行离散网格化，并通过速度模型来计算在每个网格点中假设的微地震事件的走时和走时差；从实际采集的微地震资料中识别微地震事件；对微地震事件进行微地震震相识别分离，以获得微地震事件的相应震相的走时和走时差；通过使用微地震事件的相应震相的走时和走时差以及每个网格点中假设的微地震事件的走时和走时差对微地震事件进行扫描叠加，以获得微地震事件所对应的至少一个网格点；使用微地震事件所对应的所述至少一个网格点和微地震事件在三维坐标系统的三个分量中的两个水平分量来计算微地震事件的方位角，并根据微地震事件的方位角以及微地震事件对应的所述至少一个网格点来确定微地震事件发生的位置。对井口下包含微地震源的地下空间建立速度模型的步骤可包括根据测井资料对井口下包含微地震源的地下空间划分层位，建立初始水平层状速度模型；通过使用射孔记录的走时差以及已知的射孔点位置，根据初始水平层状速度模型，通过反演对初始水平层状速度模型进行修正以获得精细速度模型。可通过使用三分量检波器来实际采集微地震资料。对井口下包含微地震源的地下空间建立三维坐标系统的步骤可包括以井口或第一级三分量级检波器作为坐标原点、正东为X方向、正北为Y方向、垂直向下为Z方向来建立三维坐标系统。计算在每个网格点中假设的微地震事件的走时和走时差的步骤可包括使用射线追踪方法来计算在每个网格点中假设的微地震事件的走时和走时差。从实际采集的微地震资料中识别微地震事件的步骤可包括对微地震资料进行如下操作对微地震资料设置预定门限值；选择微地震资料中的较强的三道数据以及合适的窗口长度；沿选择的三道数据在所述窗口内进行能量大小计算和偏振分析，以获得并判断窗口的前时窗中的数据的能量与窗口的后时窗中的数据的能量的比值是否达到预定门限值；如果达到预定门限值，则从微地震资料中的较强的三道数据中拾取出微地震事件，并对拾取出的微地震事件截取合适大�。绻创锏皆ざ畔拗担蚪写翱诨⒃俅谓心芰看笮〖扑愫推穹治觯钡蕉匀朗萃瓿赡芰看笮〖扑愫推穹治鲆约拔⒌卣鹗录氖叭�。对微地震事件进行微地震震相识别分离的步骤可包括当微地震事件是双轴扫描事件时，如果第一个被扫描的微地震事件的走时同相轴对应的三分量检波器首尾走时差大于第二个被扫描的微地震事件的走时同相轴对应的三分量检波器首尾走时差，则第一个被扫描的微地震事件的走时同相轴对应S波，第二个被扫描的微地震事件的走时同相轴对应P波，反之亦然。对微地震事件进行微地震震相识别分离的步骤可包括当微地震事件是单轴扫描 事件时，确定与被扫描的微地震事件相邻的微地震事件的走时和位置，当被扫描的微地震事件的走时同相轴的走时初至记录与相邻的微地震事件的走时同相轴的走时初至记录的趋势相同时，如果速度模型为P波的速度模型，则单轴事件为P波，如果速度模型为S波的速度模型，则单轴事件为S波。对微地震事件进行扫描叠加的步骤可包括沿所有假设的微地震事件的走时设置预定窗口，对微地震事件的能量进行扫描叠加，以获得至少一个非均一化互相关系数；选择所述至少一个非均一化互相关系数中的最大非均一化互相关系数所对应的至少一个网格点作为微地震事件所对应的网格点。将在接下来的描述中部分阐述本发明另外的方面和/或优点，还有一部分通过描述将是清楚的，或者可以经过本发明的实施而得知。
通过下面结合附图进行的详细描述，本发明的上述和其它目的和特点将会变得更加清楚，其中图I是示出根据本发明示例性实施例的基于方位角约束扫描叠加的微地震事件定位方法的流程图；图2是示出图I的基于方位角约束扫描叠加的微地震事件定位方法的建立精细速度模型的流程图；图3是示出图I的基于方位角约束扫描叠加的微地震事件定位方法的步骤S130的流程图；图4是示出图I的基于方位角约束扫描叠加的微地震事件定位方法的步骤S150的流程图。
具体实施例方式现在，详细描述本发明的示例性实施例，其示例在附图中表示，其中，相同的标号始终表示相同的部件。
图I是示出根据本发明示例性实施例的基于方位角约束扫描叠加的微地震事件定位方法的流程图。参照图1，在步骤S110，根据测井资料及射孔资料对井口下包含微地震源的地下空间建立速度模型。优选地，这里可对井口下包含微地震源的地下空间建立精细速度模型，下面将参照图2来详细描述。但应了解，采用现有技术中的普通速度模型同样能够实施本发明的技术方案。图2是示出图I的基于方位角约束扫描叠加的微地震事件定位方法的建立精细速度模型的流程图。如图2所示，在操作S210，根据测井资料对井口下包含微地震源的地下空间划分层位，建立初始水平层状速度模型，其中，所述测井资料可以是诸如测井声波时差、自然电位等。在操作S220，通过使用射孔记录的走时差以及已知的射孔点位置，根据初始水平层状速度模型，通过遗传算法反演方法对初始水平层状速度模型进行修正，以获得精细速度模型。这里，遗传算法反演方法属于本领域中的现有技术，为了不模糊本发明的主题，将不在这里进行详细描述。 在步骤S120，对井口下包含微地震源的地下空间建立三维坐标系统并进行离散网格化，并通过精细速度模型来计算在每个网格点中假设的微地震事件的走时和走时差。这里，仅作为示例，可以以井口或第一级三分量检波器作为坐标原点、正东为X方向、正北为Y方向、垂直向下为Z方向来建立三维坐标系统。优选地，这里可使用射线追踪方法来计算在每个网格点中假设的微地震事件的走时和走时差，所述射线追踪方法可包括如下步骤给定射线的某个出射角；计算射线与每个层位的交点；当射线到达三分量检波器所在的层位时，确定能否到达所述三分量检波器；如果能够到达所述三分量检波器，则记录射线路径；否则，给定射线的一个新的出射角，并再次进行计算交点与判断能否到达所述三分量检波器的步骤，直到找到可以准确到达所述三分量检波器的出射角，并且记录射线路径；通过弯曲法对射线进行微调，输出微调的射线路径；通过使用精细速度模型和微调的射线路径来获得假设的微地震事件的走时和走时差。应该了解，在具体实现中，为了通用性，可把层位设定为变量，通过确定三分量检波器和震源的所在层位，来控制所述射线追踪方法中重复判断出射角的步骤的起始点和终止点。应该理解，使用射线追踪方法来计算假设的微地震事件的走时和走时差仅是示例，本领域技术人员完全可采用其它的方法来计算假设的微地震事件的走时和走时差。在步骤S130，从实际采集的微地震资料中识别微地震事件。这里，可通过使用三分量检波器来实际采集微地震资料。在进行微地震事件的识别时，主要根据实际采集的微地震资料中的有效数据(SP，微地震事件)与噪声在能量、偏振性质和走时特点等方面的差异来进行，也就是说，微地震资料中可包括微地震事件、噪声等。下面将参照图3来详细描述图I中的步骤S130。图3是示出图I的基于方位角约束扫描叠加的微地震事件定位方法的步骤S130的流程图。如图3所示，可对微地震资料进行如下操作在操作S310，对微地震资料设置预定门限值，这里，可采用微地震资料的信噪比的3/4作为门限值，但应理解这仅是示例，本领域技术人员可采用其它的值作为门限值，诸如，为适应微地震资料的变化，可根据能量比-偏振度响应值按照如下等式I来设置动态门限值H(t)H(t) =Em(t_ τ ) + a Ev (t_ τ ) (I)
其中，Em(t)是响应包络面的期望值，Ev(t)是包络面的标准差，用来消除信号波动带来的影响，其中，通过对微地震资料进行希尔伯特(Hilbert)变换来获得包络面；α是用于调整标准差的权系数，τ为延迟样点数。在操作S320，选择微地震资料中的较强的三道数据以及合适的窗口长度。这里，窗口的前时窗(BTA)的长度可较大，窗口的后时窗(ATA)的长度可较小。在操作S330,沿选择的三道数据在所述窗口内进行能量大小计算和偏振分析，以获得BTA中的数据的能量与ATA中的数据的能量的比值，并判断该比值是否达到预定门限值。如果达到预定门限值，则在操作S340，从所述微地震资料中的较强的三道数据中拾取出微地震事件，并对拾取出的微地震事件截取合适大小。如果未达到预定门限值，则在操作S350，进行窗口滑动，并再 次进行操作S330，直到对所述三道数据完成能量大小计算和偏振分析以及微地震事件的拾取。应该理解，图3所示的识别微地震事件的步骤仅是示例，本领域技术人员完全可采用其它的方法，诸如地震波反演能量聚焦方法，来进行微地震事件的识别。 在步骤S140，对微地震事件进行微地震震相识别分离，并获得微地震事件的相应震相(即，主要(P)波、次要(S)波)的走时和走时差。优选地，当微地震事件是双轴扫描事件(即，同时含有P波和S波)时，通过相应震相到时时差的差异特征来进行微地震震相的识别，即，如果第一个被扫描的微地震事件的走时同相轴对应的三分量检波器首尾走时差大于第二个被扫描的微地震事件的走时同相轴对应的三分量检波器首尾走时差，则第一个被扫描的微地震事件的走时同相轴对应S波，第二个被扫描的微地震事件的走时同相轴对应P波，反之亦然；当微地震有效事件是单轴扫描事件(即，仅含有P波和S波中的一个)时，首先确定与被扫描的微地震事件相邻的微地震事件的走时和位置，当被扫描的微地震事件的走时同相轴的走时初至记录与相邻的微地震事件的走时同相轴的走时初至记录的趋势相同时，如果精细速度模型为P波的速度模型，则单轴事件为P波，如果精细速度模型为S波的速度模型，则单轴事件为S波。应该理解，上述对微地震事件进行微地震震相识别分离的方法仅是示例，本领域技术人员完全可采用其它的方法进行微地震震相识别分离。在步骤S150，通过使用微地震事件的相应震相的走时和走时差以及每个网格点中假设的微地震事件的走时和走时差对微地震事件进行扫描叠加，以获得微地震事件所对应的至少一个网格点。下面将参照图4来详细描述图I中的步骤S150中的微地震事件的扫描叠加操作。图4是示出图I的基于方位角约束扫描叠加的微地震事件定位方法的步骤S150的流程图。如图4所示，在操作S410，沿所有假设的微地震事件的走时设置预定窗口，对微地震事件的能量进行扫描叠加，以获得至少一个非均一化互相关系数。可通过如下等式2来获得非均一化互相关系数E(x,, V1 ,ζ,) = Σ ΣS(χ.,少',，-/，G(rec), j)(2)
red其中，对一个微地震事件记录在对直达波部分利用初至进行校正之后得到数据[xi (j)，j=l,…，M, j=l,…，N]，N是总的三分量检波器个数，M是所选取预定窗口内采样点的个数，E为非归一化互相关系数，G为互相关预定窗口范围内的微地震事件，预定窗口长度可以是I到M之间的一个值，S为互相关函数，i为微地震事件对应的网格号，j为三分量检波器号，可以是I到N之间的一个值，Xi, Yi, Zi分别为微地震事件的网格坐标。在操作S420，选择所述至少一个非均一化互相关系数中的最大非均一化互相关系数(即，最大能量)所对应的至少一个网格点作为微地震事件所对应的网格点。由于微地震事件可能对应多个网格点，因此在步骤S160，使用微地震事件所对应的所述至少一个网格点和微地震事件在三维坐标系统的三个分量中的两个水平分量来计
算微地震事件的方位角，并根据微地震事件的方位角和两水平分量的关系tana = +_，以及
Λ
微地震事件对应的所述至少一个网格点，来确定微地震事件的符合所述方位角的发生的位置，其中，α表示微地震事件的方位角，X、Y分别表示两个水平分量。这里，可通过偏振分析方法来计算微地震事件的方位角，但这仅是示例，本领域技术人员完全可采用其它的方·法来计算微地震事件的方位角。应该了解，上述步骤S11(TS160仅描述了对一个微地震事件确定其位置的处理。然而，如果从实际采集的微地震资料中识别出多个微地震事件，可分别对每个微地震事件执行上述步骤S11(TS160。通过本发明的基于方位角约束扫描叠加的微地震事件定位方法，使用有约束的扫描叠加来实现自动定位，较好地解决了定位的多解性问题；此外，本发明的微地震事件定位方法不需要进行人为的初至拾取而对微地震事件进行空间定位，并且对直井与斜井均可使用所述微地震事件定位方法。虽然已经参照特定示例性实施例示出和描述了本发明，但是本领域的技术人员将理解，在不脱离范围由权利要求及其等同物限定的本发明的精神和范围的情况下可作出形式和细节上的各种改变。
权利要求
1.一种基于方位角约束的微地震事件定位方法，所述方法包括 根据测井资料及射孔资料在井口下包含微地震源的地下空间中建立速度模型； 对井口下包含微地震源的地下空间建立三维坐标系统并进行离散网格化，并通过速度模型来计算在每个网格点中假设的微地震事件的走时和走时差； 从实际采集的微地震资料中识别微地震事件； 对微地震事件进行微地震震相识别分离，以获得微地震事件的相应震相的走时和走时差; 通过使用微地震事件的相应震相的走时和走时差以及每个网格点中假设的微地震事件的走时和走时差对微地震事件进行扫描叠加，以获得微地震事件所对应的至少一个网格占. 使用微地震事件所对应的所述至少一个网格点和微地震事件在三维坐标系统的三个分量中的两个水平分量来计算微地震事件的方位角，并根据微地震事件的方位角以及微地震事件对应的所述至少一个网格点来确定微地震事件发生的位置。
2.如权利要求I所述的基于方位角约束的微地震事件定位方法，其中，在井口下包含微地震源的地下空间中建立速度模型的步骤包括 根据测井资料对井口下包含微地震源的地下空间划分层位，建立初始水平层状速度模型； 通过使用射孔记录的走时差以及已知的射孔点位置，根据初始水平层状速度模型，通过反演对初始水平层状速度模型进行修正以获得精细速度模型。
3.如权利要求I所述的基于方位角约束的微地震事件定位方法，其中，通过使用三分量检波器来实际采集微地震资料。
4.如权利要求3所述的基于方位角约束的微地震事件定位方法，其中，对井口下包含微地震源的地下空间建立三维坐标系统的步骤包括以井口或第一级三分量检波器作为坐标原点、正东为X方向、正北为Y方向、垂直向下为Z方向来建立三维坐标系统。
5.如权利要求I所述的基于方位角约束的微地震事件定位方法，其中，计算在每个网格点中假设的微地震事件的走时和走时差的步骤包括使用射线追踪方法来计算在每个网格点中假设的微地震事件的走时和走时差。
6.如权利要求I所述的基于方位角约束的微地震事件定位方法，其中，从实际采集的微地震资料中识别微地震事件的步骤包括对微地震资料进行如下操作 对微地震资料设置预定门限值； 选择微地震资料中的较强的三道数据以及合适的窗口长度； 沿选择的三道数据在所述窗口内进行能量大小计算和偏振分析，以获得并判断窗口的前时窗中的数据的能量与窗口的后时窗中的数据的能量的比值是否达到预定门限值；如果达到预定门限值，则从微地震资料中的较强的三道数据中拾取出微地震事件，并对拾取出的微地震事件截取合适大�。绻创锏皆ざ畔拗担蚪写翱诨⒃俅谓心芰看笮〖扑愫推穹治觯钡蕉匀朗萃瓿赡芰看笮〖扑愫推穹治鲆约拔⒌卣鹗录氖叭�。
7.如权利要求3所述的基于方位角约束的微地震事件定位方法，其中，对微地震事件进行微地震震相识别分离的步骤包括当微地震事件是双轴扫描事件时，如果第一个被扫描的微地震事件的走时同相轴对应的三分量检波器首尾走时差大于第二个被扫描的微地震事件的走时同相轴对应的三分量检波器首尾走时差，则第一个被扫描的微地震事件的走时同相轴对应S波，第二个被扫描的微地震事件的走时同相轴对应P波，反之亦然。
8.如权利要求I所述的基于方位角约束的微地震事件定位方法，其中，对微地震事件进行微地震震相识别分离的步骤包括 当微地震事件是单轴扫描事件时，确定与被扫描的微地震事件相邻的微地震事件的走时和位置，当被扫描的微地震事件的走时同相轴的走时初至记录与相邻的微地震事件的走时同相轴的走时初至记录的趋势相同时，如果速度模型为P波的速度模型，则单轴事件为P波，如果速度模型为S波的速度模型，则单轴事件为S波。
9.如权利要求I所述的基于方位角约束的微地震事件定位方法，其中，对微地震事件进行扫描叠加的步骤包括 沿所有假设的微地震事件的走时设置预定窗口，对微地震事件的能量进行扫描叠加，以获得至少一个非均一化互相关系数； 选择所述至少一个非均一化互相关系数中的最大非均一化互相关系数所对应的至少一个网格点作为微地震事件所对应的网格点。
全文摘要
提供了一种基于方位角约束的微地震事件定位方法，包括根据测井资料及射孔资料对井口下包含微地震源的地下空间建立速度模型；对地下空间建立三维坐标系统并进行离散网格化，并通过速度模型来计算在每个网格点中假设的微地震事件的走时和走时差；从实际采集的微地震资料中识别微地震事件；对微地震事件进行微地震震相识别分离，以获得相应震相的走时和走时差；通过使用相应震相的走时和走时差以及假设的微地震事件的走时和走时差对微地震事件进行扫描叠加，以获得微地震事件所对应的网格点；使用微地震事件所对应的网格点和微地震事件三个分量中的两个水平分量来计算微地震事件的方位角，并根据方位角以及网格点来确定微地震事件的位置。
文档编号G01V1/28GK102841373SQ20121030134
公开日2012年12月26日 申请日期2012年8月23日 优先权日2012年8月23日
发明者康亮, 尹陈, 刘鸿, 李亚林, 何光明, 巫芙蓉, 陈爱萍, 巫骏 申请人:中国石油集团川庆钻探工程有限公司地球物理勘探公司
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