1.一种井中微地震P、S波联合快速定位方法,其特征在于,包括如下步骤:
a、获取同一事件微地震数据,对同一事件微地震数据进行矢量分解,获得两个三分量检波器的垂向方位角;
b、根据snell定律,建立三分量检波器为起点的垂向深度H与水平距离L之间的函数关系;
c、建立与震源点位置有关P&S波深度目标函数,通过扫描深度,使得目标函数最小,计算出震源点相对三分量检波器垂直深度与水平距离,实现P、S波联合快速定位。
2.根据权利要求1所述一种井中微地震P、S波联合快速定位方法,其特征在于,所述步骤a的具体实现为:
获取同一事件微地震数据,对同一事件微地震数据进行矢量分解,计算出两个三分量检波器P波垂直方位角θ1、θ2和一个检波器S波垂向方位角β2。
3.根据权利要求2所述一种井中微地震P、S波联合快速定位方法,其特征在于,步骤b的具体实现为:
由已知地层介质速度模型,根据snell定律,从三分量检波器出发,沿波传播路径逆方向,建立以三分量检波器为起点的垂向深度H与水平距离L之间的函数关系,对应有两个P波函数LP1=fP1(H)、LP2=fP2(H)与一个S波函数LS2=fS2(H)。
4.根据权利要求3所述一种井中微地震P、S波联合快速定位方法, 其特征在于,所述步骤c的具体实现为:
设置与震源位置有关的目标函数OPJ=‖fP1(H)-fP2(H)‖+‖fP1(H)-fS2(H)‖,当OPJ→0时,快速计算出最优解深度H0与相应水平距离L0=(fP1(H0)+fP2(H0)+fS2(H0))/3,即所求为震源点相对三分量检波器垂直深度与水平距离。
5.根据权利要求2所述一种井中微地震P、S波联合快速定位方法,其特征在于,所述矢量分解采用矢端曲线-直方图法实现,具体如下:
设置一个时窗,包含了P波事件,对三分量检波器X、Y分量振幅值(xi,yi)作偏振分析;定义瞬时能量Ei和瞬时方位φi:
tgφi=yi/xi (2)
首先,根据上式,计算出每个样点瞬时方位φi与瞬时能量Ei,同时作出瞬时能量Ei对瞬时方位φi的直方图;然后,画出(xi,yi)振幅值坐标系连线图,即矢端曲线图,对其进行线性拟合,估算出倾角范围;最后,参考倾角范围,在Ei、φi直方图中寻找瞬时能量最大值的位置,此时与其对应的角度φ,即为三分量检波器相对波传播方向水平方位角;
利用三分量检波器相对波传播方向水平方位角φ,对X、Y分量进行旋转处理,获得水平径向R与切向T:
Ri=xicos(φ)+yisin(φ) (3)
Ti=-xi sin(φ)+yi cos(φ)
其中,Ri、Ti分别为旋转后水平径向、切向分量瞬时振幅;
同样,对检波器Z分量、水平径向R分量振幅值(Zi,Ri)作偏振分析,画出(Zi,Ri)振幅值连线图,即矢端曲线图,对其进行线性拟合,估算出倾角范围;参考倾角范围,在直方图中寻找瞬时能量最大值的位置,求出其对应的 检波器相对波传播方向垂向方位角θ,即完成矢量分解与计算垂向方位角;
对观测井任意两个三分量检波器P波进行矢量分解,获得相应垂向方位角为θ1、θ2,同时,对其中一个检波器S波进行矢量分解,获得垂向方位角β2。
6.根据权利要求3所述一种井中微地震P、S波联合快速定位方法,其特征在于,建立函数关系的具体实现如下:
假设两个检波器之间垂直距离为h0,给出距离第二个检波器地下任意深度H,根据声波测井,分成从浅到深N层纵横波速度层[Vp1,Vp2,......,VpN-1,VpN]、[Vs1,Vs2,......,VsN-1,VsN],且深度H亦分为相应N层[H1,H2,......,HN-1,HN];
根据snell定律,由两个P波垂向方位角θ1、θ2与一个S波垂向方位角β2,得到与深度H有关的水平距离:
其中,LP1、LP2分别为浅层、深层三分量检波器任意深度H对应的P波传播距离检波器径向水平距离,LS2为深层检波器任意深度H对应的S波传播距离检波器径向水平距离。
7.根据权利要求4所述一种井中微地震P、S波联合快速定位方法,其特征在于,计算震源点相对三分量检波器垂直深度与水平距离的具体实现 为:
建立与震源位置有关的目标函数,快速计算出最优解深度H0与相应水平距离L0=(fP1(H0)+fP2(H0)+fS2(H0))/3,实现P、S波联合定位,目标函数如下:
OPJ(H)=(LP1-LP2)+(LP1-LS2) (7)
=(fP1(H)-fP2(H))+(fP1(H)-fS2(H))
当OPJ→0时,表示一个检波器P波水平距离同时与另一个检波器P波、S波水平距离相交,该交点位置即为震源位置。
8.根据权利要求7所述一种井中微地震P、S波联合快速定位方法,其特征在于,快速计算出最优解深度H0与相应水平距离L0采用牛顿二分法,具体实现如下:
快速找出两个深度H1、H2,使得OPJ(H1)·OPJ(H2)≤0;
选取中间值H3=(H1+H2)/2,比较OPJ(H1)、OPJ(H2)、OPJ(H3),如果OPJ(H1)·OPJ(H3)≤0,则令新的深度组合H1=H1、H2=H3,如果OPJ(H2)·OPJ(H3)≤0,则令新的深度组合H1=H2、H2=H3;
重新计算中间值目标函数,再进行比较,如此迭代,直至最后符合收敛误差,得到最优解H0=(H1+H2)/2,代入目标函数,计算出最优水平距离L0=(fP1(H0)+fP2(H0)+fS2(H0))/3,实现P、S波联合快速定位。
9.一种井中微地震P、S波联合快速定位系统,其特征在于,包括数据采集模块、矢量分解模块、函数建立模块和结果计算模块;
所述数据采集模块,其用于获取同一事件微地震数据;
所述矢量分解模块,其用于对同一事件微地震数据进行矢量分解,获得两个三分量检波器的垂向方位角;
所述函数建立模块,其用于根据snell定律,建立三分量检波器为起点 的垂向深度H与水平距离L之间的函数关系;
所述结果计算模块,其用于建立与震源点位置有关P&S波深度目标函数,通过扫描深度,使得目标函数最小,计算出震源点相对三分量检波器垂直深度与水平距离,实现P、S波联合快速定位。