一种微地震复杂地表高程校正方法技术

本发明专利技术公开了一种微地震复杂地表高程校正方法，利用地面微地震检测观测系统地形误差的标称值进行方位角估计，计算空间谱曲线，将空间谱曲线的N个峰值对应的方位角作为方位角估值θn

【技术实现步骤摘要】
一种微地震复杂地表高程校正方法
本专利技术涉及微地震信号处理
，更具体的说是涉及一种微地震复杂地表高程校正方法。
技术介绍
地面微地震监测相对于井中微地震检测来说，最大的不同就是其检波器在相对覆盖面积广的区域进行地面排列。虽然拥有监测区域大的显著优势，但是由于区域内观测面通常不可能为严格水平，甚至相对高程变化很大，起伏剧烈，这使得实际地面微地震时距曲线与理想情况有很大的偏差。且由于后期处理一般会对地形进行简化，无法真实估计实际检波器所在位置接收到的信号。因此，这种差异给微地震后续处理带来了诸多不利，导致了微地震定位结果的不精确。而现有技术中，微地震静校正需要测井和射孔资料才能进行，需要耗费很大的人力物力，而且地面微地震监测有时只能获得局部地层的测井资料，其静校正处理较之常规地震来说更有难度，使得静校正流程十分复杂的情况下对浅层地形误差校正结果却并不理想。因此，如何提供一种校正效果好的微地震复杂地表高程校正方法是本领域技术人员亟需解决的问题。且根据实际矿井微地震监测实际弹性波传播方式，如：“顶板断裂产生震动波—顶板—顶板检波器”的路径是典型的“直达”传播模式。因此，可将研究简化为针对局部均匀各向同性，微地震波按直达波模式传播的情况下的校正研究。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种微地震复杂地表高程校正方法，通过对在性质相近的介质中以直达波模式传播的微地震波传播方向与未知的检波器观测系统由于地形变化而产生的误差参数进行联合估计，能够有效提高微地震事件的静校正效果以及方位角方向的估计精度，提升定位效果，从而在微地震事件反演解释上减少多解性。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种微地震复杂地表高程校正方法，包括：S1：定义优化问题：其中，Γ,θ分别是幅相误差矩阵及P波方位角方向估计值，arg(·)为计算复数的相位角，a(θn)代表微地震观测系统导向矢量，n＝1,2,…,N，其中N由对微地震数据的协方差矩阵特征值分解确定，H代表求矩阵的共轭转置，UN为微地震数据协方差矩阵进行特征值分解后得到的噪声子空间；利用Γ(θn)a(θn)＝diag[a(θn)]vec(Γ(θn))＝a(θn)δ对优化问题进行变形，得到：其中，δ为检波器幅相误差矢量，δ＝[Γ11,Γ22,…,ΓNN]；空间谱矩阵S2：对优化问题进行迭代求解，具体步骤如下：S21：初始化：k＝1；Γ(θn(k))＝Γ0(θ)，Γ0(θ)通过相位值信息或校正信息进行设定；S22：利用观测系统地形误差的标称值进行方位角估计，计算空间谱曲线：将空间谱曲线的N个峰值对应的方位角作为方位角估值θn(k)；这些峰值与N列向量相关；S23：固定方位角估值θn(k)，基于δHw＝1，对上述优化问题进行求解；其后由δ(k+1)计算Γ(θn(k+1))＝diag(δ(k+1))S24：计算J(k)＝(δ(k+1))HΩ(θn(k))δ(k+1)并判断是否收敛，若满足J(k-1)-J(k)≤ε，则停止，否则k＝k+1，跳转到步骤S22执行；其中ε为预设阈值。优选的，Γ0(θ)＝1。优选的，ε选取为0.05个微地震P波波长。经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本专利技术公开提供了一种微地震复杂地表高程校正方法，利用地面微地震检测观测系统地形误差的标称值进行方位角估计，计算空间谱曲线，将空间谱曲线的N个峰值对应的方位角作为方位角估值θn(k)，固定方位角估值θn(k)，计算地形误差静校正量Γ(θn(k+1))，并根据收敛条件判断是否收敛，收敛则停止，否则k＝k+1，跳转回利用地面微地震检测观测系统地形误差的标称值进行方位角估计的步骤。本专利技术能够有效提高微地震时间的静校正效果以及方位角方向的估计精度，提升定位效果，从而在微地震事件反演解释上减少多解性；对水力压裂、矿井施工、地下空间开发或安全监测领域所发生的微地震事件监测、定位及后续的震源机制、断层成像及地质信息综合利用具有十分重要的意义。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。图1附图为本专利技术提供的一种微地震复杂地表高程校正方法的流程图；图2附图为本专利技术提供的理想检波器与需静校正的有地表起伏误差的检波器模型对比图；图3附图为本专利技术提供的实际检波器位置与使用本专利技术的校正方法校正后估算的检波器位置的对比图；图4附图为本专利技术提供的存在检波器位置误差的微地震波方位角估计值校正示意图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。参见附图1和图2，本专利技术实施例公开了一种微地震复杂地表高程校正方法，包括：S1：定义优化问题：其中，Γ,θ分别是幅相误差矩阵及P波方位角方向估计值，arg(·)为计算复数的相位角，a(θn)代表微地震观测系统导向矢量，n＝1,2,…,N，其中N由对微地震数据的协方差矩阵特征值分解确定，H代表求矩阵的共轭转置，UN为微地震数据协方差矩阵进行特征值分解后得到的噪声子空间；利用Γ(θn)a(θn)＝diag[a(θn)]vec(Γ(θn))＝a(θn)δ对优化问题进行变形，得到：其中，δ为检波器幅相误差矢量，δ＝[Γ11，Γ22，…，ΓNN]；空间谱矩阵S2：对优化问题进行迭代求解，具体步骤如下：S21：初始化：k＝1；Γ(θn(k))＝Γ0(θ)，Γ0(θ)通过相位值信息或校正信息进行设定；k值随着迭代变化达到收敛条件时输出；S22：利用观测系统地形误差的标称值进行方位角估计，计算空间谱曲线：将空间谱曲线的N个峰值对应的方位角作为方位角估值θn(k)；这些峰值与N列向量相关；S23：固定方位角估值θn(k)，基于δHw＝1，对上述优化问题进行求解；其后由δ(k+1)计算Γ(θn(k+1))＝diag(δ(k+1))S24：计算J(k)＝(δ(k+1))HΩ(θn(k))δ(k+1)并判断是否收敛，若满足J(k-1)-J(k)≤ε，则停止并输出k，确定相应的Γ(θn),θ；否则k＝k+1，跳转到步骤S22执行；其中ε为预设阈值。在上述的迭代优化过程中，优化的代价函数J在每一次方位角和频率迭代估计的每一步中都会减小，同时由于J≥0所以上述的优化过程可以保持收敛到一个局部最优点，但不一定是全局最优点。为了进一步优化上述技术方案，Γ0(θ)＝1。为了进一步优化上述技术方案，ε选取为0.05个微地震P波波长。在具体实现时，ε可根据实际需求进行设定，此次选取为0.05个微地震P波波长。下面具体介绍本专利技术提供的算法的由来。对一任意几何结构的M元平面观测系统，在观测系统远场有N(M＞N)个波长为λ0的窄带点源以平面波形式入射，则其方位矢量可以表示为θ＝[θ1,θ2,…,θN]。选取第一个微地震检波器为坐标原点，观测系统所在平面为X-Y平面，则由空间谱估计理论可知观测系统接本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种微地震复杂地表高程校正方法，其特征在于，包括：S1：定义优化问题：

【技术特征摘要】
1.一种微地震复杂地表高程校正方法，其特征在于，包括：S1：定义优化问题：其中，Γ,θ分别是幅相误差矩阵及P波方位角方向估计值，arg(·)为计算复数的相位角，a(θn)代表微地震观测系统导向矢量，n＝1,2,…,N，其中N由对微地震数据的协方差矩阵特征值分解确定，H代表求矩阵的共轭转置，UN为微地震数据协方差矩阵进行特征值分解后得到的噪声子空间；利用Γ(θn)a(θn)＝diag[a(θn)]vec(Γ(θn))＝a(θn)δ对优化问题进行变形，得到：其中，δ为检波器幅相误差矢量，δ＝[Γ11,Γ22,…,ΓNN]；空间谱矩阵S2：对优化问题进行迭代求解，具体步骤如下：S21：初始化：k＝1；Γ(θn(k))＝Γ0(θ)，Γ0(θ)通过相位值信息或校正信息进行设定...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱晨阳，郑晶，彭苏萍，
申请(专利权)人：中国矿业大学北京，
类型：发明
国别省市：北京,11