一种微地震震级的确定方法及系统与流程

1.本技术涉及微地震监测技术领域，尤其涉及一种微地震震级的确定方法及系统。


背景技术：

2.一般地震记录中显著可视地震事件的震级的确定，已有很成熟的方法，如里氏震级、矩震级、以及不同定义的震级之间的关联、震级与能量之间的关系，等等。这些震级的确定是基于地震释放的能量、或能量与记录到的地震事件的最大振幅的平方或断层错动矩成正比；这就需要对记录到的地震事件的振幅、周期、错动等进行具体的测量，并根据记录仪器的特性，推算出震级，其中里氏震级已应用于地震界近百年。
3.但是，由于微地震微小，接近监测目标才能记录到可视地震事件的凸显振幅，这种邻近监测时常很困难；也为了扩大微震监测台网的监测范围，大量的微震监测台站距离震源超过几百米，达到两三千米也是常事，那么，微震事件记录或者完全淹没在背景噪声中，或者即使勉强可视，也由于信噪比低，无法有效且精确的确定微地震震级。因而，我们亟需寻找一种能够与已有的里氏震级估算体系相通的确定微地震震级的方法。


技术实现要素：

4.本技术提供一种微地震震级的确定方法及系统，以至少解决相关技术中无法有效且精确的确定微地震震级的技术问题。
5.本技术第一方面实施例提出一种微地震震级的确定方法，所述方法包括：
6.对微地震目标监测点进行向量扫描，得到所述目标监测点对应的破裂辐射能量；
7.基于所述目标监测点对应的破裂辐射能量计算所述目标监测点对应的信噪比下限；
8.根据所述目标监测点对应的信噪比下限确定所述目标监测点对应的微地震等效能量；
9.根据所述目标监测点对应的微地震等效能量确定所述目标监测点对应的微地震震级。
10.本技术第二方面实施例提出一种微地震震级的确定系统，所述系统包括：
11.扫描模块，用于对微地震目标监测点进行向量扫描，得到所述目标监测点对应的破裂辐射能量；
12.计算模块，用于基于所述目标监测点对应的破裂辐射能量计算所述目标监测点对应的信噪比下限；
13.第一确定模块，用于根据所述目标监测点对应的信噪比下限确定所述目标监测点对应的微地震等效能量；
14.第二确定模块，用于根据所述目标监测点对应的微地震等效能量确定所述目标监测点对应的微地震震级。
15.本技术第三方面实施例提出的一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程
序，该程序被处理器执行时，实现如上述第一方面中所述的方法。
16.本技术的实施例提供的技术方案至少带来以下有益效果：
17.本技术提出了一种微地震震级的确定方法及系统，其中，所述方法，包括：对微地震目标监测点进行向量扫描，得到所述目标监测点对应的破裂辐射能量；基于所述目标监测点对应的破裂辐射能量计算所述目标监测点对应的信噪比下限；根据所述目标监测点对应的信噪比下限确定所述目标监测点对应的微地震等效能量；根据所述目标监测点对应的微地震等效能量确定所述目标监测点对应的微地震震级。本技术提出的技术方案，通过确定的目标监测点对应的微地震等效能量，可以有效且精确的确定微地震震级。
18.本技术附加的方面以及优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本技术的实践了解到。
附图说明
19.本技术上述的和/或附加的方面以及优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
20.图1为根据本技术一个实施例提供的微地震震级的确定方法的流程图；
21.图2为根据本技术一个实施例提供的微地震震级的确定系统的结构图。
22.图3为根据本技术一个实施例提供的微地震震级的确定系统中的计算模块的结构图；
23.图4为根据本技术一个实施例提供的微地震震级的确定系统中的第一确定模块的结构图。
具体实施方式
24.下面详细描述本技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本技术，而不能理解为对本技术的限制。
25.本技术提出的一种微地震震级的确定方法及系统，其中，所述方法，包括：对微地震目标监测点进行向量扫描，得到所述目标监测点对应的破裂辐射能量；基于所述目标监测点对应的破裂辐射能量计算所述目标监测点对应的信噪比下限；根据所述目标监测点对应的信噪比下限确定所述目标监测点对应的微地震等效能量；根据所述目标监测点对应的微地震等效能量确定所述目标监测点对应的微地震震级。本技术提出的技术方案，通过确定的目标监测点对应的微地震等效能量，可以有效且精确的确定微地震震级。
26.下面参考附图描述本技术实施例的一种微地震震级的确定方法及系统。
27.实施例一
28.图1为根据本技术一个实施例提供的一种微地震震级的确定方法的流程图，如图1所示，所述方法包括：
29.步骤1：对微地震目标监测点进行向量扫描，得到所述目标监测点对应的破裂辐射能量。
30.在本公开实施例，所述目标监测点对应的破裂辐射能量的计算式如下：
[0031][0032]
式中，ck为目标监测点k对应的破裂辐射能量，m为所述目标监测点k对应的空间区域内的台站个数，l为台站各时间段窗口的记录样点的数量，f
ij
为第i个台站第j个记录样点指向目标监测点k的记录信号，pk为目标监测点k的记录信号的总能量。
[0033]
步骤2：基于所述目标监测点对应的破裂辐射能量计算所述目标监测点对应的信噪比下限。
[0034]
在本公开实施例中，所述步骤2具体包括：
[0035]
步骤2-1：获取所述目标监测点对应的空间区域内各点对应的破裂辐射能量，并确定所述空间区域内各点对应的破裂辐射能量中的最小破裂辐射能量的值；
[0036]
需要说明的是，所述目标监测点对应的空间区域内各点对应的坐标为(x,y,z)，其中x1≤x≤x2，y1≤y≤y2，z1≤z≤z2，在此范围内确定各点对应的破裂辐射能量，并找出最小值c
min
。
[0037]
步骤2-2：确定目标监测点对应的破裂辐射能量与所述最小破裂辐射能量值的差值；
[0038]
步骤2-3：将所述差值分别作为目标监测点对应的信噪比下限。
[0039]
需要说明的是，为保证上述目标监测点对应的信噪比下限的准确性，需满足下述条件：
[0040]
(1).每一地震台站应处于定量确定的安静地点；
[0041]
(2).使用适合监测微震的专用仪器，特别是其检波器应具有较低的自然频率(例如≤7hz)；
[0042]
(3).扫描叠加必须考虑剪切破裂特性，一般放弃叠加振幅小得多的纵波，而使用到达远处时携带能量大得多的横波；
[0043]
(4).使用大于等于一个有统计意义的最小扫描台站数m；
[0044]
(5).有效去噪，包括去除地面地下机器、远震、非监测微震目标的干扰。
[0045]
步骤3：根据所述目标监测点对应的信噪比下限确定所述目标监测点对应的微地震等效能量。
[0046]
在本公开实施例中，所述步骤3具体包括：
[0047]
步骤3-1：获取所述目标监测点对应的背景噪声能量值，并确定所述背景噪声的单位能量值；
[0048]
其中，所述背景噪声的单位能量值的计算式如下：
[0049]
p
j,k
＝pk/g2/v
vms2
/m/t
sec
[0050]
式中，p
j,k
为目标监测点k对应的背景噪声的单位能量值，g为地震仪器的放大倍数，v
vms
为地震仪器输出的速度单位的电压，m为所述目标监测点对应的空间区域内的台站个数，t
sec
为扫描时长。
[0051]
步骤3-2：根据所述目标监测点对应的信噪比下限确定所述目标监测点对应的单
位时长的信噪比；
[0052]
其中，所述目标监测点对应的单位时长的信噪比的计算式如下：
[0053][0054]
式中，r
j,k
为目标监测点k对应的单位时长的信噪比，rk为信噪比下限，t
sec
为扫描时长，t为微震周期。
[0055]
步骤3-3：根据所述背景噪声的单位能量值和单位时长的信噪比确定所述目标监测点对应的微地震等效能量。
[0056]
其中，所述目标监测点对应的微地震等效能量的计算式如下：
[0057]ej,k
＝p
j,k
·rj,k
[0058]
式中，e
j,k
为目标监测点k对应的微地震等效能量，p
j,k
为目标监测点k对应的背景噪声的单位能量值，r
j,k
为目标监测点k对应的单位时长的信噪比。
[0059]
步骤4：根据所述目标监测点对应的微地震等效能量确定所述目标监测点对应的微地震震级。
[0060]
在本公开实施例中，所述步骤4具体包括：
[0061]
所述根据所述目标监测点对应的微地震等效能量确定所述目标监测点对应的微地震震级，包括：
[0062]
将所述目标监测点对应的微地震等效能量代入e-里氏震级m的关系式中，并对所述关系式进行求解，得到所述目标监测点对应的微地震震级；
[0063]
其中，所述e-里氏震级m的关系式为log
10ej,k
＝11.8+1.5a，式中，a为所述目标监测点对应的微地震震级，其中，能量单位为erg＝10-7
j。
[0064]
结合上述方法对本公开实施例提供的一种微地震震级的确定方法做具体说明，包括：
[0065]
利用本发明提供的方法分别对煤矿采空区垮塌、煤矿采空区垮塌、(顶板几十米岩体事先压裂过)油井注热水预处理、煤矿顶板压裂和油井压裂对应的背景噪声的单位能量值、震级进行确定，如表1所示：
[0066][0067]
可以得出表中的确定的值与井中邻近监测对比的震级范围基本对应，需要说明的是，这里的等效能级是将扫描域内和时段内的微震效应等效到空间一点上。
[0068]
本实施提供的方法也可以应用在矿区地质灾害监测中，当监测到小震(震级a≥0)以上的事件发生时，常已成灾；故此类监测应发展到微震预警。目前最可能引起地下矿井及地面地质灾害的微震是a≥-1.5的强微震。搞清楚a≥-1.5事件的诱因和发生条件，强微震与较小微震的时空关联，是矿区微震监测的重点。同时本实施例提供的方法也可以应用在油气生产中，油气储库、生产注水气腔及驱油气前缘、油储层地质状态、压裂过程状态均与微震活动，包括微震(群)的大小，有密切关系，需要在这些微震监测中统计考虑微震的大小。
[0069]
综上所述，本实施例提供的一种微地震震级的确定方法，所述方法包括：对微地震目标监测点进行向量扫描，得到所述目标监测点对应的破裂辐射能量；基于所述目标监测点对应的破裂辐射能量计算所述目标监测点对应的信噪比下限；根据所述目标监测点对应的信噪比下限确定所述目标监测点对应的微地震等效能量；根据所述目标监测点对应的微地震等效能量确定所述目标监测点对应的微地震震级。本技术提出的技术方案，通过确定的目标监测点对应的微地震等效能量，可以有效且精确的确定微地震震级。
[0070]
实施例二
[0071]
图2为根据本技术一个实施例提供的一种微地震震级的确定系统的结构图，如图4所示，所述系统可以包括：
[0072]
扫描模块100，用于对微地震目标监测点进行向量扫描，得到所述目标监测点对应的破裂辐射能量；
[0073]
计算模块200，用于基于所述目标监测点对应的破裂辐射能量计算所述目标监测点对应的信噪比下限；
[0074]
第一确定模块300，用于根据所述目标监测点对应的信噪比下限确定所述目标监测点对应的微地震等效能量；
[0075]
第二确定模块400，用于根据所述目标监测点对应的微地震等效能量确定所述目
标监测点对应的微地震震级。
[0076]
具体的，所述目标监测点对应的破裂辐射能量的计算式如下：
[0077][0078]
式中，ck为目标监测点k对应的破裂辐射能量，m为所述目标监测点k对应的空间区域内的台站个数，l为台站各时间段窗口的记录样点的数量，f
ij
为第i个台站第j个记录样点指向目标监测点k的记录信号，pk为目标监测点k的记录信号的总能量。
[0079]
在本公开实施例中，如图3所示，所述计算模块200，包括：
[0080]
第一确定单元201，用于获取所述目标监测点对应的空间区域内各点对应的破裂辐射能量，并确定所述空间区域内各点对应的破裂辐射能量中的最小破裂辐射能量的值；
[0081]
第二确定单元202，用于确定目标监测点对应的破裂辐射能量与所述最小破裂辐射能量值的差值；
[0082]
信噪比单元203，用于将所述差值分别作为目标监测点对应的信噪比下限。
[0083]
在本公开实施例中，如图4所示，第一确定模块300，包括：
[0084]
第三确定单元301，用于获取所述目标监测点对应的背景噪声能量值，并确定所述背景噪声的单位能量值；
[0085]
第四确定单元302，用于根据所述目标监测点对应的信噪比下限确定所述目标监测点对应的单位时长的信噪比；
[0086]
第五确定单元303，用于根据所述背景噪声的单位能量值和单位时长的信噪比确定所述目标监测点对应的微地震等效能量。
[0087]
进一步的，所述背景噪声的单位能量值的计算式如下：
[0088]
p
j,k
＝pk/g2/v
vms2
/m/t
sec
[0089]
式中，p
j,k
为目标监测点k对应的背景噪声的单位能量值，g为地震仪器的放大倍数，v
vms
为地震仪器输出的速度单位的电压，m为所述目标监测点对应的空间区域内的台站个数，t
sec
为扫描时长。
[0090]
进一步的，所述目标监测点对应的单位时长的信噪比的计算式如下：
[0091][0092]
式中，r
j,k
为目标监测点k对应的单位时长的信噪比，rk为信噪比下限，t
sec
为扫描时长，t为微震周期。
[0093]
进一步的，所述目标监测点对应的微地震等效能量的计算式如下：
[0094]ej,k
＝p
j,k
·rj,k
[0095]
式中，e
j,k
为目标监测点k对应的微地震等效能量，p
j,k
为目标监测点k对应的背景噪声的单位能量值，r
j,k
为目标监测点k对应的单位时长的信噪比。
[0096]
在本公开实施例中，所述第二确定模块400具体用于：
[0097]
将所述目标监测点对应的微地震等效能量代入e-里氏震级m的关系式中，并对所
述关系式进行求解，得到所述目标监测点对应的微地震震级；
[0098]
其中，所述e-里氏震级m的关系式为log
10ej,k
＝11.8+1.5a，式中，a为所述目标监测点对应的微地震震级。
[0099]
综上所述，本技术提出的一种微地震震级的确定系统，所述系统包括：扫描模块、计算模块、第一确定模块和第二确定模块，通过确定的目标监测点对应的微地震等效能量，可以有效且精确的确定微地震震级。
[0100]
实施例3
[0101]
为了实现上述实施例，本公开还提出一种计算机可读存储介质。
[0102]
本实施例提供的计算机设备，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现实施例1中的方法。
[0103]
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本技术的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
[0104]
流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现定制逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本技术的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本技术的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
[0105]
尽管上面已经示出和描述了本技术的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本技术的限制，本领域的普通技术人员在本技术的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。