一种地面微地震监测资料初至到时检测方法技术

本发明专利技术属于油气勘探开发微地震监测技术领域，具体涉及一种地面微地震监测资料初至到时检测方法。本发明专利技术提供一种地面微地震监测资料初至到时检测方法，其包括以下步骤：获取地面微地震监测数据，采用时间—频率域滤波方法进行降噪处理；选取时窗，提取时窗内各道微地震记录；从波形、频率、相位、振幅值四个方面计算每两道微地震数据之间的时差；计算各道微地震事件的相对到时；对各道微地震记录进行时差校正；利用时差校正后的微地震记录得到参考道；检测参考道的微地震绝对到时；计算各道微地震事件的初至绝对到时。本发明专利技术方法有效地克服了初至极性反转及低信噪比对常用的微地震到记录进行线性叠加的不利影响，提高了初至到时的检测精度。时的检测精度。时的检测精度。

【技术实现步骤摘要】
一种地面微地震监测资料初至到时检测方法


[0001]本专利技术属于油气勘探开发微地震监测
，具体涉及一种地面微地震监测资料初至到时检测方法。

技术介绍

[0002]水力压裂微地震监测技术是通过检测地下岩石破裂产生的微地震事件来监测地下裂缝发育情况和评价压裂效果的技术。微地震定位是微地震监测技术的核心问题，而微地震事件初至到时准确检测是微地震定位的关键环节。
[0003]从微地震监测资料人工拾取微地震初至到时数据的工作量大、效率低，因此，微地震初至到时的自动检测方法被广泛研究。例如，STA/LTA方法及其改进方法，主要是利用长、短时窗内能量的比值来确定微地震事件的初至到时，易于实现，计算效率高，但是对信噪比较低的微地震资料效果不是很好。
[0004]相似震源位置的微地震事件在不同地震仪记录上表现出相似的波形特征，因而，近年来出现了根据微地震记录中波形相似的特征进行微地震事件初至到时的自动检测方法，提高了微地震初至到时检测精度。然而，地面微地震资料的信噪比往往很低，而且，微地震事件信号的初至波极性取决于震源机制，例如，双力偶震源机制使得地面检波器所接收到的微地震初至波的正负极性呈四象限区域分布。不同位置地震仪接收到的来自地下同一微地震事件的初至波极性有正有负，出现初至波极性反转现象，使通过波形直接叠加得到的参考道的信噪比反而降低，影响了微地震初至到时的检测精度。
[0005]中国专利技术专利CN106896407B公开了一种基于近似负熵的微地震信号初至拾取方法，该方法根据微地震信号自身特点设计合适的近似负熵函数，结合负熵谱曲线极值差的加权函数设定阈值，进而实现信号区域与噪声区域的准确划分及微地震信号初至的准确拾取。该专利技术的有益效果是根据微地震信号自身的特点，引用信息论中近似负熵理论提出了一种基于近似负熵的微地震初至拾取新方法，与现有拾取方法相比，新方法能够实现较低信噪比条件下初至到时的准确拾取，信噪比可低至
‑
12dB，并且计算过程简单，速度较快，准确性高。
[0006]中国专利申请CN111337975A公开了一种基于方差分形维数的微地震事件自动识别方法，使用初至时间计算时差时间下角标j∈[1，N]表示第j道的射孔数据，N表示表示总的微地震道数；利用时差时间，获得校正时间对于微地震数据利用校正时间校正多道微地震数据；叠加校正微地震数据获得模型道SM(t)；对模型道SM(t)求取包络信号E(t)，能量包络E(t)使用希尔伯特变换；使用VFD 识别微地震事件。采用该方法在微震监测数据中具有较高的识别微震事件能力，解决微地震震级能量小、信噪比较低，严重制约了微地震事件的识别和初至拾取。
[0007]然而对于微地震初至到时的检测精度仍需进一步提高，充分利用不同记录道上微地震信号波形、频率、相位、振幅值相似的特征，克服信号能量弱、极性反转、噪音干扰的不利影响。

技术实现思路

[0008]本专利技术主要目的在于提供一种地面微地震监测资料初至到时检测方法，本专利技术方法适于存在初至极性反转和低信噪比微地震记录的初至到时检测，提高了微地震初至到时的检测精度。
[0009]为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0010]本专利技术提供一种地面微地震监测资料初至到时检测方法，其包括以下步骤：
[0011]获取地面微地震监测数据，采用时间—频率域滤波方法进行降噪处理；选取时窗，提取时窗内各道微地震记录；从波形、频率、相位、振幅值四个方面计算每两道微地震数据之间的时差；计算各道微地震事件的相对到时；对各道微地震记录进行时差校正；利用时差校正后的微地震记录得到参考道；检测参考道的微地震绝对到时；计算各道微地震事件的初至绝对到时。
[0012]其中，对微地震记录进行降噪处理是指对微地震监测数据进行滤波处理，滤波采用时间—频率域滤波方法，从时间和频率两个维度去除干扰信号。
[0013]进一步地，从波形、频率、相位、振幅值四个方面，发挥不同监测位置处信号相似而噪音不同的特点，采用以下公式计算每两道微地震数据之间的时差：
[0014][0015]其中，W是微地震记录长度，x
i
(w)和x
j
(w)分别为波形记录中第i个和第j个记录道在采样点w处的相似幅值，相似幅值由振幅值、主频值、瞬时相位值组成，和分别为x
i
(w)和x
j
(w)的一阶导数公式，在保证相位值不变的情况下提高数据的频带范围，计算的时差更加精细，具体用数值差分进行计算，Δt
i,j
为第i个和第j个记录道微地震的到时差。
[0016]进一步地，根据两两记录道微地震事件的到时差Δt
i,j
＝t
i
‑
t
j
，计算各道微地震事件的相对到时，充分发挥微地震事件在波形、频率、相位、振幅值四个方面的相似性，同时最大程度地降低噪音干扰的影响。
[0017]更进一步地，若参与计算的微地震记录有N道，则可得到下列方程：
[0018]At＝Δt
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0019]其中，A为0，1和
‑
1组成的稀疏系数矩阵，Δt为到时差向量，t为相对到时向量；式(2)的最小二乘解可由下式求出：
[0020]t＝(A
T
A)
‑1A
T
Δt
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0021]其中，A为0，1和
‑
1组成的稀疏系数矩阵，A
T
为A的转置矩阵，Δt为到时差向量，t为相对到时向量。
[0022]进一步地，对时差校正后的微地震记录进行相邻道零延迟相似幅值互相关计算，发挥微地震事件波形、频率、相位、振幅值相似的优势，并对零延时相似幅值互相关结果进行求和叠加，通过叠加处理压制了噪音的不利影响，获得参考道；相邻道零延迟相似幅值互相关并叠加的计算式为：
[0023][0024]其中，X为时差校正后的相邻道微地震波形记录x
i
与x
i+1
的零延迟相似幅值互相关函数叠加的参考道记录，N是微地震记录道数，W是微地震记录长度，w 是微地震波形记录内第w个采样点，为时差校正后的记录道i在采样点w 处的相似幅值，相似幅值由振幅值、主频值、瞬时相位值组成，从三个维度保证计算的准确度。
[0025]进一步地，使用加权的长短时窗能量比方法，检测参考道的初至绝对到时T0；计算公式为：
[0026][0027]其中，X(w)为时差校正后的相邻道微地震记录x
i
与x
i+1
的零延迟相似幅值互相关叠加道记录，w为样点序号，W
L
和W
S
分别表示为长时窗和短时窗的长度，和分别为短时窗和长时窗内的微地震记录相似幅值均值，m为微地震记录的采样点序号，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种地面微地震监测资料初至到时检测方法，其特征在于，其包括以下步骤：获取地面微地震监测数据，采用时间—频率域滤波方法进行降噪处理；选取时窗，提取时窗内各道微地震记录；从波形、频率、相位、振幅值四个方面计算每两道微地震数据之间的时差；计算各道微地震事件的相对到时；对各道微地震记录进行时差校正；利用时差校正后的微地震记录得到参考道；检测参考道的微地震绝对到时；计算各道微地震事件的初至绝对到时。2.根据权利要求1所述方法，其特征在于，从波形、频率、相位、振幅值四个方面采用以下公式计算每两道微地震数据之间的时差：其中，W是微地震记录长度，x
i
(w)和x
j
(w)分别为第i个和第j个波形记录道在采样点w处的相似幅值，相似幅值由振幅值、主频值、瞬时相位组成，和分别为x
i
(w)和x
j
(w)的一阶导数公式，在保证相位不变的情况下提高数据的频带范围，计算的时差更加精细，具体用数值差分计算，Δt
i,j
为第i个和第j个记录道微地震的到时差。3.根据权利要求1所述方法，其特征在于，根据两两记录道微地震事件的到时差Δt
i,j
＝t
i
‑
t
j
，计算各道微地震事件的相对到时。4.根据权利要求3所述方法，其特征在于，若参与计算的微地震记录有N道，则可得到下列方程：At＝Δt
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)其中，A为0，1和
‑
1组成的稀疏系数矩阵，Δt为到时差向量，t为相对到时向量；式(2)的最小二乘解可由下式求出:t＝(A
T
A)
‑1A
T
Δt
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)其中，A为0，1和
‑
1组成的稀疏系数矩阵，A
T
为A的转置矩阵，Δt为到时差向量，t为相对到时向量。5...

【专利技术属性】
技术研发人员：刁瑞，尚新民，张云银，刘立彬，刘浩杰，魏欣伟，冯玉苹，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司胜利油田分公司物探研究院，
类型：发明
国别省市：