一种微地震事件定位方法与流程

技术特征：

1.一种微地震事件定位方法,其特征在于首先确定工区的层状速度模型和检波器的位置,确定微地震事件信号，然后利用所有检波器对间的拾取初至差与计算初至差间的差的加权叠加作为目标函数,对微地震事件进行优化迭代定位。

2.根据权利要求1所述的微地震事件定位方法,其特征在于，微地震事件的优化迭代定位过程包含如下步骤：

1)确定初始的微地震位置p₀(x₀,y₀,z₀)，和迭代终止阈值d_th；

2)在可能的微地震事件位置范围内应用一定网格划分空间；

3)根据初始位置p₀进行优化定位，其定位结果为p₁(x₁,y₁,z₁)；

4)计算初始位置p₀与优化位置p₁之间距离d₀₁，其计算公式如下

d₀₁＝[(x₁-x₀)²+(y₁-y₀)²+(z₁-z₀)²]^1/2 公式(1)；

5)如果d₀₁>d_th,令p₀＝p₁，转到步骤3)；否则结束迭代微地震事件位置p_e＝p₁。

3.根据权利要求2所述的微地震事件定位方法,其特征在于，步骤3)中的优化定位过程包含以下步骤：

以初始的微地震位置p₀和划分的网格点为基础，应用网格搜索算法针对每一个空间网格点(x_s,y_s,z_s)计算目标函数；

选取目标函数最小的网格点的位置作为定位结果p₁。

4.根据权利要求3所述的微地震事件定位方法,其特征在于，假设包含N级检波器的观测系统，任意两级检波器对为R_i,R_j，所述的空间网格点(x_s,y_s,z_s)的目标函数建立包含如下步骤：

计算空间网格点(x_s,y_s,z_s)对应的两级检波器间的拾取初至的差为Δt_p^ij和计算初至的差为Δt_cs^ij；

网格点(x_s,y_s,z_s)的目标函数应用下式计算

公式(2)

其中λ_ij为检波器对R_i,R_j对应的权值。

5.根据权利要求4所述的微地震事件定位方法,其特征在于，检波器对R_i,R_j间的拾取初至的差Δt_p^ij和互相关系数r_ij应用两道间的微地震记录进行互相关运算的方法求取，其计算步骤如下：

分别选取检波器对R_i,R_j的微地震信号分别为Sⁱ(h₁)和S^j(h₂)，其中1≤h₁≤n₁，1≤h₂≤n₂采样点Sⁱ(1)和S^j(1)对应的时刻分别为t^p_i和t^p_j，设微地震信号的采样间隔为Δt；

分别将信号Sⁱ(h₁)和S^j(h₂)延拓为S^I(h₃)和S^J(h₄)，其中1≤h₃≤n₁+n₂-1，1≤h₄≤n₁+n₂-1，且

S^I(h₃)＝Sⁱ(h₃) 1≤h₃≤n₁

公式(3)

S^I(h₃)＝0 n₁+1≤h₃≤n₁+n₂-1

S^J(h₄)＝0 1≤h₄≤n₁-1

公式(4)

S^J(h₄)＝Sⁱ(h₄) n₁≤h₄≤n₁+n₂-1

对Sⁱ(h₁)和S^j(h₂)进行互相关运算用下式表示

公式(5)

考虑到微地震信号Sⁱ(h₁)和S^j(h₂)极性可能相反，对互相关函数取绝对值即：

XR_ij(τ)＝|XR_ij(τ)| 公式(6)

设τ＝τ_max时XR_ij(τ)取得最大值，则Δt_p^ij按照下式计算

Δt_p^ij＝t^p_j-t^p_i+Δt*(τ_max-n₁-n₂+1) j≥i

公式(7)

Δt_p^ij＝t^p_i-t^p_j-Δt*(τ_max-n₁-n₂+1) j<i

两道间的最大互相关系数r_ij按照下式计算

公式(8)

其中互相关系数r_ij代表检波器对R_i,R_j间的拾取初至的差Δt_p^ij的可信程度。

6.根据权利要求5所述的微地震事件定位方法,其特征在于，空间网格点(x_s,y_s,z_s)对应检波器对R_i,R_j间的计算初至的差Δt_c^ij应用以下步骤实现：

通过射线追踪方法空间网格点位置(x_s,y_s,z_s)到对应两级检波器对R_i,R_j的初至旅行时t_csⁱ和t_cs^j；

应用以下公式计算检波器对间的计算初至的差

Δt_cs^ij＝t_csⁱ-t_cs^j j≥i

公式(9)

Δt_cs^ij＝t_csⁱ-t_cs^j j<i。

7.根据权利要求6所述的微地震事件定位方法,其特征在于，检波器对R_i,R_j的权重系数λ_ij的确定过程包含如下步骤：

根据确定的层状速度模型，分别应用射线追踪方法计算微地震初始位置p₀到检波器对R_i,R_j位置的射线线路经Ray_i和Ray_j；

设射线路径Ray_i和Ray_j所经过的点分别为(pⁱ₁,pⁱ₂,pⁱ₃..pⁱ_Ni)和(p^j₁,p^j₂,p^j₃..p^j_Nj)，其中pⁱ₁和p^j₁微地震初始位置p₀，pⁱ_Ni和p^j_Nj分别为检波器对R_i,R_j所在的位置，(pⁱ₂,pⁱ₃..pⁱ_Ni-1)为射线路径Ray_i与层状介质的分界面的交点，(p^j₂,p^j₃..p^j_Nj-1)为射线路径Ray_j与层状介质的分界面的交点,则射线路径Ray_i和Ray_j在p₀位置处的射线方向用如下单位向量表示，

V_i＝[vⁱ_x vⁱ_y vⁱ_z]

公式(10)

V_j＝[v^j_x v^j_y v^j_z]

其中

vⁱ_x＝(xⁱ₂-x₀)/[(xⁱ₂-x₀)²+(yⁱ₂-y₀)²+(zⁱ₂-z₀)²]^1/2

vⁱ_y＝(yⁱ₂-y₀)/[(xⁱ₂-x₀)²+(yⁱ₂-y₀)²+(zⁱ₂-z₀)²]^1/2 公式(11)

vⁱ_z＝(zⁱ₂-z₀)/[(xⁱ₂-x₀)²+(yⁱ₂-y₀)²+(zⁱ₂-z₀)²]^1/2

v^j_x＝(x^j₂-x₀)/[(x^j₂-x₀)²+(y^j₂-y₀)²+(z^j₂-z₀)²]^1/2

v^j_y＝(y^j₂-y₀)/[(x^j₂-x₀)²+(y^j₂-y₀)²+(z^j₂-z₀)²]^1/2 公式(12)

v^j_z＝(z^j₂-z₀)/[(x^j₂-x₀)²+(y^j₂-y₀)²+(z^j₂-z₀)²]^1/2

其中(x₀,y₀,z₀)为p₀所对应的坐标位置,(xⁱ₂，yⁱ₂，zⁱ₂)为p^j₂点所对应的坐标位置,(x^j₂，y^j₂，z^j₂)为p^j₂点所对应的坐标位置；

检波器对R_i,R_j对应的射线线路径Ray_i和Ray_j在p₀处的射线差异可以用表示，其计算公式如下

公式(13)

其中

ΔV_ij＝V_i-V_j 公式(14)

||ΔV_ij||₂代表的是向量ΔV_ij的第二范数，

射线差异代表定位结果对R_i,R_j间的拾取初至差与计算初至差的差的误差的敏感程度，越大敏感程度越大，反之亦然；

检波器对R_i,R_j对应的权值λ_ij应用互相关系数r_ij与射线路径差异的模表示，用下式计算

公式(15)。