一种基于改进波形叠加函数的微地震事件偏移定位方法
阅读说明：本技术 一种基于改进波形叠加函数的微地震事件偏移定位方法 (Microseism event migration positioning method based on improved waveform stacking function ) 是由 毛庆辉 王晨晨 唐永 王鹏 桂志先 于 2021-07-07 设计创作，主要内容包括：本发明属于石油地球物理勘探开发技术领域,提供了一种基于改进波形叠加函数的微地震事件偏移定位方法。该方法利用先将纵横波波形相似性函数与其波形振幅叠加函数进行乘积,然后再对其进行求和的思路,可提高波形叠加目标函数的收敛性,从而可提高微地震事件定位的精度。(The invention belongs to the technical field of geophysical exploration and development of petroleum and provides a microseism event migration positioning method based on an improved waveform stacking function. The method can improve the convergence of a waveform superposition target function by using the idea of multiplying the waveform similarity function of longitudinal waves and transverse waves with the waveform amplitude superposition function of the longitudinal waves and the transverse waves and then summing the products, thereby improving the precision of positioning the microseism event.)
技术领域
本发明属于石油地球物理勘探开发技术领域，具体涉及一种基于改进波形叠加函数的微地震事件偏移定位方法。
背景技术
水力压裂微地震监测技术已被广泛地应用于页岩层压裂开发，其微地震事件定位结果可指导评价压裂效果、优化压裂设计方案等等，为页岩气增产奠定了坚实基础。
微地震事件定位分为两大类，第一类是基于走时类的定位方法，第二类是基于波形类的定位方法。前者方法理论已经非常成熟，但是其对初至精度和速度模型的准确性依赖较高，一定程度上限制了该方法在低信噪比资料和速度模型不准地区中应用。后者是近些年兴起的新微地震事件定位方法，它的优势在于不需要初至拾取或不依赖于初至精度，可适应低信噪比资料，但是其精度一般会受波形叠加函数的精度影响。Trojanowski等人(Trojanowski J，Eisner L.Comparison of migration-based location and detectionmethods for microseismic events[J].Geophysical Prospecting，2017，65(1)：47-63.)和Kim等人(Kim J，Woo J U，Rhie J，Kang T S.2017.Automatic determination offirst-motion polarity and its application to focal mechanism analysis ofmicroseismic events[J].Geosciences Journal，21(5)：695-702.)认为极性修正方法可提高波形叠加函数分辨率。而对原始波形进行极性修正处理后，传统波形叠加目标函数方法的收敛性还有待于进一步提高。为此，亟需研发在波形极性修正下一种基于改进波形叠加函数的微地震事件偏移定位方法。
发明内容
本发明的目的在于克服上述背景技术的不足，而提供一种基于改进波形叠加函数的微地震事件偏移定位方法，该方法利用先将纵横波波形相似性函数与其波形振幅叠加函数进行乘积，然后再对其进行求和的思路，可提高波形叠加目标函数的收敛性，从而可提高微地震事件定位的精度。
为实现上述目的，本发明提供的一种基于改进波形叠加函数的微地震事件偏移定位方法，针对任意一个微地震事件(震源)定位而言，包括以下步骤：
S1：输入数据，包括：
S11：输入微地震事件中任意一个检波器m，记录纵波或横波的粗略估计初至走时其中K可以是纵波P或横波S；
S12：输入校正后速度模型及目标区域内纵横波理论初至时间表；
S13：输入地震数据及对其扫描时窗内数据进行极性修正；
S2：依据先将纵横波波形相似性函数与其波形振幅叠加函数进行乘积，然后再对其进行求和的思路，构造基于改进波形叠加目标函数EISWS，如下所示：
式中步骤S2中：i和j分别表示检波器序号和离散时间序号，n是检波器总数，ui是地震数据第i道振幅值；LP(j)、LS(j)分别是时间序列j处纵、横波波形振幅叠加函数；SP(j)、SS(j)分别是时间序列j处纵、横波波形相似性叠加函数； 是第i个检波器记录的纵、横波原始振幅ui的对应极性修正符号；分别是假设震源点到第i个检波器的纵、横波理论时间；是假设震源点到第m个检波器的纵或横波理论时间； 分别是对应纵、横波组合时间类型的时差；
S3：通过网格搜索技术寻找上述目标函数成像最大值；
S4：输出其成像值最大时所对应震源位置，即微地震事件位置。
上述技术方案中，在所述步骤S11中，用纵或横波的粗略估计初至走时代替了常规波形叠加方法中未知的震源发震时间，可以减少大量的扫描计算量。
上述技术方案中，在所述步骤S12中，速度模型可通过声波测井资料和地质分层资料建立初始速度模型，然后利用射孔资料进行速度模型校正。目标区域内纵横波理论初至时间表，可先对目标区域网格化，然后通过射线追踪计算出每个网格点到每个检波器的纵横波理论初至时间。
上述技术方案中，在所述步骤S13中，极性修正可通过符号系数实现，即判断检波器记录中扫描时窗内振幅符号，确保正负号一致，此处保证波形的同向叠加。
上述技术方案中，在所述步骤S2中，公式(6)和(7)中K和m与步骤S11中粗略估计初至走时对应参数相同。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
本发明利用先将纵横波波形相似性函数与其波形振幅叠加函数进行乘积，然后再对其进行求和的思路，可提高波形叠加目标函数的收敛性，从而可提高微地震事件定位的精度。
附图说明
图1是本发明的实施流程示意图。
图2是本发明实施例中基于均匀介质模型的二维微地震井中观测系统。
图3是本发明实施例中微地震事件理论模型z分量记录。
图4a是传统波形叠加目标函数分布图。
图4b是本发明方法的目标函数分布图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的实施方式做进一步的详细说明，但它们并不构成对本发明的限定，仅作举例而已。同时通过说明本发明的优点将变得更加清楚和容易理解。
本实施例的一种基于改进波形叠加函数的微地震事件偏移定位方法，如图1所示，包括以下步骤：
S1：输入数据，包括：
S11：输入微地震事件中任意一个检波器m，记录纵波或横波的粗略估计初至走时其中K可以是纵波P或横波S；
S12：输入校正后速度模型及目标区域内纵横波理论初至时间表；
S13：输入地震数据及对其扫描时窗内数据进行极性修正；
S2：依据先将纵横波波形相似性函数与其波形振幅叠加函数进行乘积，然后再对其进行求和的思路，构造基于改进波形叠加目标函数EISWS，如下所示：
式中步骤S2中：i和j分别表示检波器序号和离散时间序号，n是检波器总数，ui是地震数据第i道振幅值；LP(j)、LS(j)分别是时间序列j处纵、横波波形振幅叠加函数；SP(j)、SS(j)分别是时间序列j处纵、横波波形相似性叠加函数；是第i个检波器记录的纵、横波原始振幅ui的对应极性修正符号；分别是假设震源点到第i个检波器的纵、横波理论时间；是假设震源点到第m个检波器的纵或横波理论时间；分别是对应纵、横波组合时间类型的时差；
S3：通过网格搜索技术寻找上述目标函数成像最大值；
S4：输出其成像值最大时所对应震源位置，即微地震事件位置。
上述技术方案中，在所述步骤S11中，用纵或横波的粗略估计初至走时代替了波形叠加方法中未知的震源发震时间，可以减少大量的扫描计算量。
上述技术方案中，在所述步骤S12中，速度模型可通过声波测井资料和地质分层资料建立初始速度模型，然后利用射孔资料进行速度模型校正。目标区域内纵横波理论初至时间表，可先对目标区域网格化，然后通过射线追踪计算出每个网格点到每个检波器的纵横波理论初至时间。
上述技术方案中，在所述步骤S13中，极性修正可通过符号系数实现，即判断检波器记录中扫描时窗内振幅符号，确保正负号一致，此处保证波形的同向叠加。
上述技术方案中，在所述步骤S2中，公式(6)和(7)中K和m与步骤S11中粗略估计初至走时对应参数相同。
实施例：首先建立基于均匀介质模型的二维微地震井中观测系统，纵波速度Vp＝2000m/s，横波速度Vs＝1200m/s，密度为2.0g/cm3。如图2所示，水平距离x＝200m处监测井(直井)中11级检波器深度z分别位于950-1050m(图2中三角形)，其道间距为10m。设置目标微地震事件(图2中五角星)的真实位置为(x，z)＝(420，1030)m。然后采用60Hz的雷克子波进行二维弹性波动方程正演模拟，采样间隔为0.5ms，得到目标事件的理论模型z分量地震记录(图3)。应用步骤1输入相应数据，在此为了方便讨论，K取S波。
为了测试本发明方法的波形叠加目标函数优于传统方法的波形叠加目标函数的收敛性，分别用理论模型对本发明方法的波形叠加目标函数与传统波形叠加目标函数收敛性进行对比分析。用理论模型对上述波形叠加目标函数进行试算，可得各自目标函数分布图。图4a～4b中五角星代表微地震事件真实位置，两条线交点代表基于各自波形叠加目标函数的微地震事件偏移定位结果，图中A色标区代表函数高值区域，B色标区代表低值区域。图4a是波形叠加目标函数分布图和图4b是本发明提出的改进波形叠加目标函数分布图。从图4a与图4b对比可看出，图4b要比图4a的波形叠加目标函数收敛性更好，即本发明提出的改进波形叠加目标函数要比传统波形叠加目标函数收敛性更好。
综上所述，本发明方法利用先将纵横波波形相似性函数与其波形振幅叠加函数进行乘积，然后再对其进行求和的思路，提高了波形叠加目标函数的收敛性，从而可提高微地震事件定位的精度。
本说明书未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。