专利名称：一种微地震信号到时自动拾取的方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及微地震信号采集领域，尤其涉及一种微地震信号到时自动拾取的方法及装置。
背景技术：
近年来美国大规模的页岩气开采引发了各国对页岩气资源的关注。我国致密砂岩油气藏和页岩气藏资源丰富，在松辽、鄂尔多斯、四川及南方诸多盆地均有分布，这些致密砂岩油气藏和页岩气藏的天然气资源将成为我国重要的能源支柱。对致密砂岩油气藏和页岩气藏主要采用水平井分段水力压裂技术方式开采，但水力压裂使地层形成新的裂缝，产生微震。监测微地震的分布和特征可为水力压裂设计和压裂效果的监测提供依据，提高开米效益。微地震记录的特点是频率高、信噪比低，因此微地震事件的自动识别和初至到时 拾取对实现海量微地震数据的自动处理有重要意义。对于天然地震事件，已提出了多种自动识别方法。这些方法主要根据在地震记录中地震事件到达前后质点振动性质差别构建特征函数加以判断。例如，根据在时间域能量和能量变化构建特征函数提出的长短时均值比方法(STA/LTA法)；根据在时间-频率域能量变化提出的频谱比方法；根据地震信号到达前后地震波形数据统计性质的差别提出的AIC方法，还有基于地震波形偏斜度和峭度的PAISK方法；以及分形分维方法等。与天然地震的记录相比，微震的震级更小，通常在I级以下，而且信噪比更低。因此在致密砂岩油气藏和页岩气藏的开采中，如何对微地震进行到时自动拾取地震信号尤为重要。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种微地震信号到时自动拾取的方法及装置，解决了在致密砂岩油气藏和页岩气藏的开采中，如何对微地震进行到时自动拾取地震信号的问题。为了解决上述问题，本发明提供了一种微地震信号到时自动拾取的方法，包括获取地震波的N个样点，通过得到的第i个样点前M个地震波形数据计算第i个样点处的峭度Ki，其中N、M、i为自然数；设置得到的第i个样点处的峭度Ki作为特征函数Ei,通过特征函数Ei的长短时均值比判断微地震信号的初至位置，其中，短时均值函数为a i=(l_C3) · α卜1+(3 · Ei ;长时均值函数为β i=(l-C4) · β ,^+C4 · Ei ;若地震信号的位置满足下列条件，则判定该位置为微地震信号的初至位置I) a j ^ T1 · ^JaiSr2;2)满足条件I的位置记为η,由位置η向时间减小方向进行搜索Ki的数值,直到Ki ( Kh ；其中，C3为短时均值的权系数、C4为长时均值的权系数J1为长短时均值比阀值，r2为峭度短时均值的阀值。本发明还提供了一种微地震信号到时自动拾取的装置，包括获取地震波形峭度模块，用于获取地震波的N个样点，通过得到的第i个样点前M个地震波形数据计算第i个样点处的峭度Ki，其中N、M、i为自然数；及判断初至位置模块，用于设置得到的第i个样点处的峭度Ki作为特征函数Ei,通过特征函数Ei的长短时均值比判断微地震信号的初至位置，其中，短时均值函数为a J=(I-C3) · α η+C3 · Ei ;长时均值函数为β F(I-C4) · β ^+C4 · Ei ;若地震信号的位置满足下列条件，则判定该位置为微地震信号的初至位置I) a j ^ T1 · β i 且 CtiSr2;2)满足条件I的位置记为n，由位置η向时间减小方向进行搜索Ki的数值，直到Ki ( Kh ； 其中，C3为短时均值的权系数、C4为长时均值的权系数J1为长短时均值比阀值，r2为峭度短时均值的阀值；及存储模块，用于存储数据。与现有技术相比，应用本发明，减少了系统的重复计算，将计算量减少为O(N)，意味着是与N成正比，极大地提高了计算效率，解决了当前传统的基于地震波形峭度和偏斜度的检测方法存在运算量过大导致效率低的问题。与原PAISK方法相比，本发明的到时拾取准确率提高约10个百分点，与传统的STA / LTA方法相比，准确率提高约5个百分点。
图I是一地震记录的波形和峭度、以及峭度的长短时均值曲线的示意图；图2是图I的初至附近的局部放大图；图3是本发明的微地震信号到时自动拾取的方法的流程图；图4是本发明的微地震信号到时自动拾取的装置的结构示意图。
具体实施例方式本发明的方法在具体实现中要通过系统中各设备之间信息交互来进行信息和/或数据的收集，并通过其内的控制器(可以是CPU等进行控制处理信息和/或数据，本发明对此不作任何限定)，其间还可以通过各种存储器(可以是内存、硬盘或其他存储设备)进行信息和/或数据的储存和传送，本发明对此不作任何限定。下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步说明。传统的PAISK方法，即基于地震波形峭度和偏斜度的拾取初至方法，其中，对于一个有限长度的离散实数序列{xj ,其偏斜度S (skewness)和峭度K(kurtosis)定义为
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(Μ-1)·σ;⑴
权利要求
1.一种微地震信号到时自动拾取的方法，其特征在于，包括 获取地震波的N个样点，通过得到的第i个样点前M个地震波形数据计算第i个样点处的峭度Ki，其中N、M、i为自然数； 设置得到的第i个样点处的峭度Ki作为特征函数Ei,通过特征函数Ei的长短时均值比判断微地震信号的初至位置，其中，短时均值函数为a ,= (I-C3) · a i_1+C3 · Ei ;长时均值函数为β i=(l-C4) · β ^!+C4 · Ei ;若地震信号的位置满足下列条件，则判定该位置为微地震信号的初至位置1)a j ^ T1 · β i 且 CtiSr2; 2)满足条件I的位置记为n，由位置η向时间减小方向进行搜索Ki的数值，直到Ki ( Kh ； 其中，C3为短时均值的权系数、C4为长时均值的权系数&为长短时均值比阀值，r2为峭度短时均值的阀值。
2.如权利要求I所述的方法，其特征在于， 所述获取地震波的N个样点，通过得到的第i个样点前M个地震波形数据计算第i个样点处的峭度Ki的步骤，包括 获取地震波的N个样点的离散序列IxJ，当前时窗长度为M ； 计算当前时窗长度为M的时窗内样点的算术和、平方和、立方和、4次方和；将时窗向前移动一个样点，计算新时窗内样点的各值，是在上一个时窗的值基础上，减去上一个时窗第I个样点的值，并加上当前时窗最后一个样点的值，依次类推，得到第i个样点处的峭度Ki。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于， 所述计算当前时窗长度为M的时窗内样点的算术和、平方和、立方和、4次方和；将时窗向前移动一个样点，计算新时窗内样点的各值，是在上一个时窗的值基础上，减去上一个时窗第I个样点的值，并加上当前时窗最后一个样点的值，依次类推，得到第i个样点处的峭度&的步骤，包括 计算当前时窗长度为M的时窗内样点的算术和、平方和、立方和、4次方和，其中，将当前时窗长度为M的时窗内离散序列的算术和、平方和、立方和、4次方和分别记为sm .1=1，2，3，4,公式如下所示
4.一种微地震信号到时自动拾取的装置，其特征在于，包括 获取地震波形峭度模块，用于获取地震波的N个样点，通过得到的第i个样点前M个地震波形数据计算第i个样点处的峭度Ki，其中N、M、i为自然数；及 判断初至位置模块，用于设置得到的第i个样点处的峭度Ki作为特征函数Ei，通过特征函数Ei的长短时均值比判断微地震信号的初至位置，其中，短时均值函数为a J=(I-C3) · α η+C3 · Ei ;长时均值函数为β F(I-C4) · β ^+C4 · Ei ;若地震信号的位置满足下列条件，则判定该位置为微地震信号的初至位置1)a j ^ T1 · β i 且 CtiSr2; 2)满足条件I的位置记为n，由位置η向时间减小方向进行搜索Ki的数值，直到Ki ( Kh ； 其中，C3为短时均值的权系数、C4为长时均值的权系数&为长短时均值比阀值，r2为峭度短时均值的阀值；及存储模块，用于存储数据。
5.如权利要求4所述的装置，其特征在于，包括 所述获取地震波形峭度模块获取地震波的N个样点，通过得到的第i个样点前M个地震波形数据计算第i个样点处的峭度Ki，是指 所述获取地震波形峭度模块获取地震波的N个样点的离散序列IxJ，当前时窗长度为M ;计算当前时窗长度为M的时窗内样点的算术和、平方和、立方和、4次方和；将时窗向前移动一个样点，计算新时窗内样点的各值，是在上一个时窗的值基础上，减去上一个时窗第I个样点的值，并加上当前时窗最后一个样点的值，依次类推，得到第i个样点处的峭度I。
6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，包括 所述获取地震波形峭度模块计算当前时窗长度为M的时窗内样点的算术和、平方和、立方和、4次方和；将时窗向前移动一个样点，计算新时窗内样点的各值，是在上一个时窗的值基础上，减去上一个时窗第I个样点的值，并加上当前时窗最后一个样点的值，依次类推，得到第i个样点处的峭度Ki，是指 所述获取地震波形峭度模块计算当前时窗长度为M的时窗内样点的算术和、平方和、立方和、4次方和，其中，将当前时窗长度为M的时窗内离散序列的算术和、平方和、立方和、4次方和分别记为sm」，j=l, 2, 3,4,公式如下所示
全文摘要
本发明公开了一种微地震信号到时自动拾取的方法及装置，包括获取地震波的N个样点，通过得到的第i个样点前M个地震波形数据计算第i个样点处的峭度；设置得到的第i个样点处的峭度作为特征函数，通过特征函数的长短时均值比和短时均值判断微地震信号的初至位置。本发明解决了在致密砂岩油气藏和页岩气藏的开采中，如何对微地震进行到时自动拾取地震信号的问题。
文档编号G01V1/24GK102879813SQ20121036242
公开日2013年1月16日 申请日期2012年9月25日 优先权日2012年9月25日
发明者刘劲松, 姚振兴 申请人:中国科学院地质与地球物理研究所