水力压裂引起干热岩中发生微震的预警及预测方法与流程

本发明涉及一种干热岩监测技术，特别涉及一种水力压裂引起干热岩中发生微震的预警及预测方法。

背景技术：

开发干热岩是有效利用地热能的方法之一，开发干热岩原理是从地表往干热岩中打一注入井，然后向井中高压注入温度较低的水，产生了非常高的压力，在岩体致密无裂隙的情况下，高压水会使岩体大致垂直最小地应力的方向产生许多裂缝，若岩体中本来就有少量天然节理，这些高压水使之扩充成更大的裂缝，随着低温水的不断注入，裂缝不断增加、扩大，并相互连通，最终形成一个大致呈面状的人工干热岩热储构造；但干热岩开发是一个复杂的系统工程，在这个过程中存在很多科学问题和工程问题，如资源靶区定位技术，人工压裂，微地震、示踪剂等监控监测技术，而微地震是制约干热岩开发的主要因素之一，在高压水注入使岩体、水体循环及闭井后，会发生区域内的微地震，瑞士巴塞尔地热项目在进行高压压裂岩石作业时，引发了数百起地震事件，有些地震级别甚至已造成财产破坏，激起了当地居民的大规模抗议，最后政府不得不取消该项目。

目前，对于干热岩引起微震的研究处于起步阶段，研究资料表明，现阶段仅仅对干热岩开发引起的微震进行监测研究，缺少一种能有效降低这种微震灾害的方法。

技术实现要素：

本发明的目的是要解决上述现阶段仅仅对干热岩开发引起的微震进行监测研究，缺少一种能有效降低这种微震灾害的方法，而提供一种水力压裂引起干热岩中发生微震的预警及预测方法。

一种水力压裂引起干热岩中发生微震的预警及预测方法，该方法的具体步骤如下：

1)、将地震仪布置在井场周围、居民区工程附近，将各个地震仪通过无线AP与计算分析中心相连，将采集到的信号实时发送到计算主机，在井场周围、居民区等需要预警的区域放置预警报警器，将报警器通过无线AP与计算主机相连，计算主机发出的指令可以实时发送到预警报警器；

2)、计算主机将地震仪采集到的原始地震波加速度信号F(t)进行滤波，将原始地震波加速度信号F(t)中与有用信号无关的噪声信号滤除，然后对地震波加速度原始信号F(t)进行绝对值化处理得到绝对值化加速度信号Q(t)，求出绝对值化加速度信号Q(t)前i秒信号内加速度幅值K，i表示地震仪监测到地震波后的任一时间点，i为正数，将Q(t)取对数得到对数化信号P(t)，设包络函数y＝Bt·e^-At，其中A为任意常数，B为正数，e表示自然常数，然后用包络函数y对P(t)信号的前i秒信号进行包络，使P(t)的前i秒信号数据点刚好在包络函数y的内部，然后用最小二乘法求出常数A、B的值，并计算这i秒时间内包络函数y与横轴所围成的面积，得到加速度包络面积S，S为正数；

3)、将滤波后的地震波加速度原始信号F(t)对时间t积分得到地震波速度原始信号V(t)，然后对地震波速度原始信号V(t)进行绝对值化处理得到绝对值化速度信号R(t)，求出绝对值化速度信号R(t)前i秒信号内速度幅值L，将R(t)取对数得到对数化信号U(t)，设包络函数其中A_v为任意常数，B_v为正数，e表示自然常数，然后用包络函数y_v对U(t)信号的前i秒信号进行包络，使U(t)的前i秒信号数据点刚好在包络函数y_v的内部，然后用最小二乘法求出常数A_v、B_v的值，并计算这i秒时间内包络函数y_v与横轴所围成的面积，得到速度包络面积E，E为正数；

4)、将速度原始信号V(t)对时间t积分得到地震波位移原始信号D(t)，然后对地震波位移原始信号D(t)进行绝对值化处理得到绝对值化位移信号G(t)，求出绝对值化位移信号G(t)前i秒信号内位移幅值N，将G(t)取对数得到对数化信号H(t)，设包络函数其中A_D为任意常数，B_D为正数，e表示自然常数，然后用包络函数y_D对H(t)信号的前i秒信号进行包络，使H(t)的前i秒信号数据点刚好在包络函数y_D的内部，然后用最小二乘法求出常数A_D、B_D的值，并计算这i秒时间内包络函数y_D与横轴所围成的面积，得到位移包络面积W，W为正数；

5)、经过大量地震数据统计分析验证，可以用参数B、B_v、B_D进行震中距△估算，震中距估算公式：log△＝alogB+blog B_v+clogB_D+d，其中a、b、c、d为通过最小二乘法得到的回归常数，为任意常数；

6)、经过大量地震数据统计分析验证，可以用参数A、B、A_v、B_v、A_D、B_D、K、S、L、E、N、W进行震级估算，震级估算公式：其中f₁、f₂、f₃、f₄、f₅、f₆、f₇、f₈、f₉、f₁₀、f₁₁、f₁₂、f₁₃为通过最小二乘法得到的回归常数，为任意常数，M为估算震级，为正数；

7)、计算主机每隔0.1秒进行一次步骤1)、2)、3)和4)的分析，计算出相应参数，并带入到5)和6)中的震中距、震级计算公式中，计算一次震中距、震级，根据前0～i秒内不断估算的震级，当估算震级M超过某一设定的阈值，计算主机立即将预警信号传送给报警装置，在破坏性地震主震到来之前的几秒到十几秒内提前发出报警，让人们采取紧急措施；

8)、从井口开始注水至监测到接近阈值震级时的地震数据建立数据库，并将该段监测时间按30天为一个时间段分成若干等份，得到若干时间相等的时间段，取每个时间段内监测到震级的平均值和时间段中点值，利用最小二乘法得到震级预测公式：M_est＝pT+q，其中p、q为利用最小二乘法得到的回归常数，并为任意常数，M_est为预测震级，为任意正数，T为地震发生时间，为任意正数，利用该公式，可以预测下一阶段可能的震级。

本发明的有益效果：

本发明解决了干热岩开发过程中微震危害的问题，利用多参数拟合估算震中距、震级，在危害性地震波到达之前，估算出震级，提供几秒到十几秒的时间采取紧急处置，针对干热岩随着开发过程进行，微震逐渐变大的特点，提出微震预测公式，让人们提前采取避震处置措施。

附图说明

图1是本发明地震数据处理方法流程图。

图2是本发明函数包络对数化加速度信号示意图。

图3是本发明包络函数与横轴所围成的面积示意图。

具体实施方式

请参阅图1、图2和图3所示，一种水力压裂引起干热岩中发生微震的预警及预测方法，该方法的具体步骤如下：

1)、将地震仪布置在井场周围、居民区工程附近，将各个地震仪通过无线AP与计算分析中心相连，将采集到的信号实时发送到计算主机，在井场周围、居民区等需要预警的区域放置预警报警器，将报警器通过无线AP与计算主机相连，计算主机发出的指令可以实时发送到预警报警器；

2)、计算主机将地震仪采集到的原始地震波加速度信号F(t)进行滤波，将原始地震波加速度信号F(t)中与有用信号无关的噪声信号滤除，然后对地震波加速度原始信号F(t)进行绝对值化处理得到绝对值化加速度信号Q(t)，求出绝对值化加速度信号Q(t)前i秒信号内加速度幅值K，i表示地震仪监测到地震波后的任一时间点，i为正数，将Q(t)取对数得到对数化信号P(t)，设包络函数y＝Bt·e^-At，其中A为任意常数，B为正数，e表示自然常数，然后用包络函数y对P(t)信号的前i秒信号进行包络，使P(t)的前i秒信号数据点刚好在包络函数y的内部，然后用最小二乘法求出常数A、B的值，并计算这i秒时间内包络函数y与横轴所围成的面积，得到加速度包络面积S，S为正数；

3)、将滤波后的地震波加速度原始信号F(t)对时间t积分得到地震波速度原始信号V(t)，然后对地震波速度原始信号V(t)进行绝对值化处理得到绝对值化速度信号R(t)，求出绝对值化速度信号R(t)前i秒信号内速度幅值L，将R(t)取对数得到对数化信号U(t)，设包络函数其中A_v为任意常数，B_v为正数，e表示自然常数，然后用包络函数y_v对U(t)信号的前i秒信号进行包络，使U(t)的前i秒信号数据点刚好在包络函数y_v的内部，然后用最小二乘法求出常数A_v、B_v的值，并计算这i秒时间内包络函数y_v与横轴所围成的面积，得到速度包络面积E，E为正数；

4)、将速度原始信号V(t)对时间t积分得到地震波位移原始信号D(t)，然后对地震波位移原始信号D(t)进行绝对值化处理得到绝对值化位移信号G(t)，求出绝对值化位移信号G(t)前i秒信号内位移幅值N，将G(t)取对数得到对数化信号H(t)，设包络函数其中A_D为任意常数，B_D为正数，e表示自然常数，然后用包络函数y_D对H(t)信号的前i秒信号进行包络，使H(t)的前i秒信号数据点刚好在包络函数y_D的内部，然后用最小二乘法求出常数A_D、B_D的值，并计算这i秒时间内包络函数y_D与横轴所围成的面积，得到位移包络面积W，W为正数；

5)、经过大量地震数据统计分析验证，可以用参数B、B_v、B_D进行震中距△估算，根据已有的微震地震波数据库，并计算数据库中相应地震波的参数，建立震中距回归估算公式：log△＝alogB+blog B_v+clogB_D+d，其中a、b、c、d为通过最小二乘法得到的回归常数，为任意常数；

6)、经过大量地震数据统计分析验证，可以用参数A、B、A_v、B_v、A_D、B_D、K、S、L、E、N、W进行震级估算，根据已有的微震地震波数据库，并计算数据库中相应地震波的参数，建立震级回归估算公式：其中f₁、f₂、f₃、f₄、f₅、f₆、f₇、f₈、f₉、f₁₀、f₁₁、f₁₂、f₁₃为通过最小二乘法得到的回归常数，为任意常数，M为估算震级，M为正数；

7)、计算主机每隔0.1秒进行一次步骤1)、2)、3)和4)的分析，计算出相应参数，并带入到5)和6)中的震中距、震级计算公式中，计算一次震中距、震级，根据前0～i秒内不断估算的震级，当估算震级M超过某一设定的阈值，计算主机立即将预警信号传送给报警装置，在破坏性地震主震到来之前的几秒到十几秒内提前发出报警，让人们采取紧急措施；

8)、从井口开始注水至监测到接近阈值震级时的地震数据建立数据库，并将该段监测时间按30天为一个时间段分成若干等份，得到若干时间相等的时间段，取每个时间段内监测到震级的平均值和时间段中点值，利用最小二乘法得到震级预测公式：M_est＝pT+q，其中p、q为利用最小二乘法得到的回归常数，并为任意常数，M_est为预测震级，为任意正数，T为地震发生时间，为任意正数，利用该公式，可以预测下一阶段可能的震级。