一种微地震震源位置和速度模型同时反演方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于微震监测中震源定位领域，具体涉及一种微地震震源位置和速度模型 同时反演方法，利用微地震事件走时信息同时反演震源位置和速度模型。
【背景技术】
[0002] 微地震监测技术是20世纪90年代发展和活跃起来的一项新的非常规技术，它可 以应用于油气藏开发、矿山监测、地质灾害监测等诸多领域。微地震监测中震源的位置、发 震时刻、震源强度和速度模型都是未知的，确定这些参数是微地震监测的首要任务。
[0003] 微地震定位时，由于震源位置和速度模型都是未知量，两者稱合在一起。微地震检 测时事件的定位精度很大程度取决于速度模型的精度。常规的定位方法都是利用基于测井 资料且经过射孔校正后的一维速度模型来进行定位。当地下速度模型存在横向变速时基于 一维速度模型的定位精度就会降低，因此就需要对震源位置和速度模型同时进行反演。
[0004] Thuber (1983,1992)提出局部地震层析方法，该方法利用局部子空间反演技术将 震源参数和速度参数分离，从而实现同时反演三维速度模型和震源位置。国内外地震学家 将其广泛应用到地震定位和速度反演中。
[0005] Zhang (2003)在双差定位法（Waldhauser 和 Fllsworth，2000)基础上发展出了双 差层析方法，该有效地吸取了双差定位的优势且兼顾反演速度。zhang方法的反演效果要优 于局部地震层析方法。
[0006] 但是，Zhang (2003)的方法在构造层析方程时射线路径在浅层基本重合，不利于浅 层速度反演。
【发明内容】
[0007] 本发明的目的在于解决上述现有技术中存在的难题，提供一种微地震震源位置和 速度模型同时反演方法，引入检波器双差层析方程，联合普通层析方程、震源双差层析方 程，三者构建联合层析方程。与zhang的双差层析算法相比，将有利于改善浅层速度反演精 度，可以进一步提高微地震反演速度模型的精度以及定位精度。
[0008] 本发明是通过以下技术方案实现的：
[0009] -种微地震震源位置和速度模型同时反演方法，包括：
[0010] ⑴，拾取微地震事件的初至时间；
[0011] (2)，利用声波测井资料，构建初始速度模型，然后获取微地震事件的初始震源位 置和发震时刻；
[0012] (3)，基于两点射线追踪计算微地震事件的理论走时，构建联合层析方程组；
[0013] (4)，求解所述联合层析方程组，计算出参数更新量δυ、Λχ和Λ τ ;
[0014] (5)，判断是否满足终止条件，如果是，则转入步骤（6)，如果否，则利用所述参数更 新量对速度模型、震源位置和发震时刻进行更新，然后返回步骤（3);
[0015] (6)，输出最终的速度模型、震源位置和发震时刻。
[0016] 所述步骤（3)是这样实现的：
[0017] 建立联合层析方程组，包括普通层析方程、震源双差层析方程和检波器双差层析 方程，其中普通层析方程如公式（2)所示：
[0019] 其中，g为微地震事件i到接收点k的计算旅行时和拾取旅行时之间的残差；δ U 为慢度模型更新量；Ατ? ' ' Δ*〗分别为微地震事件i震源位置X、y、ζ方向的更新量； Λ τ 1为微地震事件i的发震时刻更新量；震源偏导数沒为震源处的慢度向量，为：
[0021] 所述震源双差层析方程如公式（4)所示：
[0023] 其中，<分别为微地震事件i、j到接收点k的计算旅行时和拾取旅行时之间 的残差；△ τ ]为微地震事件j的发震时刻更新量为震源双差时间，是记录两个事件的 同一检波的旅行时残差之差：
[0025] 所述检波器双差层析方程如公式（6)所示：
[0027] 其中，命:为检波器双差时间，记录同一事件的两个检波器的旅行时残差之差：
[0029] 所述步骤（4)中是利用阻尼LSQR方法求解所述联合层析方程组。
[0030] 所述步骤（5)中利用所述参数更新量对速度模型、震源位置和发震时刻进行更新 是这样实现的：
[0031] 将步骤（2)中的参数分别加上步骤（4)得到的与其对应的更新量SU、Λχ和 Δ τ 0
[0032] 所述步骤（5)中的终止条件如下：
[0033] 平均旅行时残差，即r/' r/绝对值算术平均值小于某一常数或参数更新量小于 某一常数。即分别给这四个参数设置阀值，这四个常数为人为给定的很小的量，如可以用 0.00001。
[0034] 与现有技术相比，本发明的有益效果是：
[0035] 1)，反演稳定性更强。
[0036] 2)，与传统双差定位方法相比，微地震震源定位精度高；
[0037] 3)，与双差层析方法相比，反演结果有利于改善浅层速度反演精度。
【附图说明】
[0038] 图la双差层析定位结果中的XY视图
[0039] 图lb双差层析定位结果中的XZ视图
[0040] 图lc双差层析定位结果中的YZ视图
[0041] 图2a本方法定位结果中的XY视图
[0042] 图2b本方法定位结果中的XZ视图
[0043] 图2c本方法定位结果中的YZ视图
[0044] 图3准确速度模型（深度400m)
[0045] 图4双差层析反演速度模型（深度400m)
[0046] 图5本方法反演速度模型（深度400m)
[0047] 图6本方法的步骤框图。
【具体实施方式】
[0048] 下面结合附图对本发明作进一步详细描述：
[0049] 联合层析方程方程组
[0050] 1)普通层析方程：微地震事件i到接收点k的实际观测旅行时
[0052] 其中，u为慢度场（速度的倒数），τ 1为发震时亥IJ。微地震定位时，震源坐标（Xl， x2, x3)、发震时刻和慢度场都是未知的参数。
[0053] 检波器接收到的到达时(P波或者S波），利用试验的震源位置，发震时刻和初 始速度模型（先验信息）来计算理论到达时?广"，两者旅行时的残差为<
[0054] 计算旅行时和观测旅行时残差￥可以用震源和速度模型的扰动线性近似为
[0056] 其中，震源偏导数0巧/_为震源处的慢度向量，为
[0058] 2)震源双差层析方程：对于相同检波器k，接收到不同的微地震事件i，j，旅行时 残差的差，可以得到如下方程（Zhang，2003)
[0060] 其中，#f_为震