一种基于双差法的微地震震源定位方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于石油地球物理勘探领域，具体涉及一种基于双差法的微地震震源定位 方法。
【背景技术】
[0002] 在水力压裂和储层监测的工程中，微地震震源定位是一个非常重要的研究课题。 通过对水力压裂过程中地下岩层裂缝的发育状况实时监测，可以为压裂后的油藏施工调整 快速提出理论依据。由于水力压裂产生的地震信号十分微弱，微地震监测方法成为储层属 性描述一种快速有效的方法。微地震信号与天然地震信号具有类似的震源机制和信号特 征。因此可以借鉴天然地震学中震源定位方法进行微地震震源定位研究。本项目提出一种 双差法的微地震事件震源定位的技术。
[0003] 微地震震源定位是微地震监测中的最为根本的问题，在最初出现的震源定位方法 中，主要是基于直达波初至与地层模型的反演方法，利用拾取的直达P、S波初至反演震源 位置或发展时刻，使得模拟的初至与实际拾取的初至误差达到最小，这种方法是目前应用 最为广泛的一种方法，但是地面微地震监测的方法S波的能量弱，大多数的微地震信号只 能看到P波，用P、S波反演定位的方法适用井中微地震监测。
[0004] 现阶段，双差定位法方法在天然地震领域中得到了极为广泛的应用，并能进行精 确的重定位。这种方法是一种相对定位的线性方法，其运算的速度快，效率高，易于局部收 敛；有相对的主事件，相对的定位精度较高，同时也不受空间范围的限制。双差定位方法的 优势就是通过两个检波器接收到旅行时的差对事件进行定位，但是其对资料的要求高，并 且对初至的拾取比较敏感，这样就需要具有较高的信噪比的资料，因此到目前为止在微地 震监测中还没有得到很好的应用。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于解决上述现有技术中存在的难题，提供一种基于双差法的微地 震震源定位方法，将双差定位方法技术引入到微地震监测领域，将其方法进行改进，适用于 微地震监测的定位方法中，并实现微地震震源重定位，提高其定位精度，实现高精度的微地 震定位。
[0006] 本发明是通过以下技术方案实现的：
[0007] -种基于双差法的微地震震源定位方法，选取射孔事件作为主事件，拾取微地震 事件的观测走时，并通过计算射孔和微地震事件的观测走时与理论计算走时差的残差（"双 差"）确定射孔和微地震事件的相对距离。
[0008] 所述方法包括：
[0009] (0)读入压裂井周围的层状速度文件、各个检波器的坐标值、相对微地震事件的初 始坐标值及各个检波器的观测走时；
[0010] (1)计算射孔及微地震事件到各个检波器的走时；
[0011] (2)拾取射孔及微地震事件的观测走时；
[0012] (3)计算射孔事件和微地震事件到各检波器的走时差，以及两个微地震事件到各 检波器的走时差；
[0013] (4)计算射孔事件与微地震事件观测走时与理论计算走时差的残差；
[0014] (5)建立双差线性方程组；
[0015] (6)求解双差线性方程组，得到两个微地震震源的四个震源参数的相对值，最终确 定微地震事件的震源位置。
[0016] 所述方法还进一步包括：
[0017] (7)利用步骤（6)得到的微地震事件的真实位置对其地震剖面进行动校正，如校 正之后的叠加的能量值大于初始给定的阀值，即为真实解；若小于初始给定的阀值，则返回 步骤（2)。
[0018] 所述步骤（1)是这样实现的：
[0019] 根据射线理论，微地震事件i到检波器k的走时表示为：
[0020]
(1)
[0021] 将其一阶泰勒展开：
[0022] ^-Αθ' = r! δθ ' (2)
[0023] 其中：Δ θ 1 = ( Δ χ1，Δ y1，Δ ζ1，Δ τ i)，=(产' -严九。
[0024] 所述步骤（2)是这样实现的：
[0025] 通过互相关函数法或手动拾取方法拾取微地震事件、射孔到各个检波器的观测走 时（即观测初至到时）。
[0026] 所述步骤（3)是这样实现的：
[0027] 对⑵式做差得到如下的方程：
[0028] ,、 ， (3)
[0029] 其中：Λ Θ = ( Λ Xlj，Λ ylj，Λ Zl j，Λ τ l j)，为两个微地震震源参数的差，Λ xl j :两 个微地震事件的X坐标的差；Λ y1]:两个微地震事件的y坐标的差；Λ z1]:两个微地震事件 的z坐标的差；△ τ :两个微地震事件发震时刻的差，为两个微地震事件的观测走时与 理论计算走时差的残差。
[0030] 所述步骤（4)是这样实现的：
[0031] 两个微地震事件的观测走时与理论计算走时差的残差表示为：
[0032]
(4)
[0033] 其中，产为i和j微地震事件的观测走时，b为事件的观测走时，#为j事 件的观测走时；为i和j微地震事件的理论计算走时，4为i事件的理论计算走时， 4为j事件的理论计算走时。
[0034] 所述步骤（5)是这样实现的：
[0035] 将（3)式展开即为： .
. (5)
[0037] 将各检波器的所有两个微地震事件对形成的方程（5)联立得到的双差线性方程 组：
[0038] G Θ = d (6)
[0039] 其中，G为偏导数矩阵，d为双差数据向量。
[0040] 所述步骤（6)是这样实现的：
[0041] 解双差线性方程组的收敛条件如下：
[0042] , λ (7)
[0043] 要求全部的震源的四个参数Δχ?、Aylj、AZ lj和Λ τ lj整体变化为零；
[0044] 利用LSQT法最小二乘求解（6)式，得到两个微地震震源的四个震源参数的相对 值，即为两个震源的相对位置；
[0045] 射孔的真实位置为已知，微地震事件的震源位置为其射孔的真实位置加上其四个 相对值，具体如下：
[0046] 设射孔的真实位置为x，y，z ;求解（6)式得到的相对位置为Λχ，Ay，Λζ ;则微地 震事件的震源位置为：
[0047] X ' = χ+ Δ X
[0048] y ' = y+ Δ y
[0049] z，= ζ+ Δ z〇
[0050] 与现有技术相比，本发明的有益效果是：
[0051] a)其运算的速度快，效率高，易于局部收敛；
[0052] b)有相对的主事件，相对的定位精度较高，同时也不受空间范围的限制；
[0053] c)其中最主要的特点是：起伏地表存在近地表低速层，其速度的变化直接影响震 源扫描定位的精度，反而鉴于双差定位是靠事件对之间的走时差去确定其相对的位置，同 时就抵消了这种由于近地表和地层速度变化引起的误差，提高了其定位的精度。
【附图说明】
[0054] 图1是本发明选取微地震监测方式图示意图。
[0055] 图2是本发明地质模型与观测系统示意图。
[0056] 图3是本发明地质模型速度模型示意图。
[0057] 图4是两点震源合成记录示意图。
[0058] 图5是三点震源合成记录示意图。
[0059] 图6是两个震源相对位置误差柱状图示意图。
[0060] 图7是某实际压裂井射孔记录示意图。
[0061] 图8射孔记录计算相对误差示意图。
[0062] 图9是某实际压裂井压裂事件记录示意图。
[0063] 图10是震源及射孔相对位置误差柱状图示意图
[0064] 图11是本发明方法的步骤框图。
【具体实施方式】
[0065] 下面结合附图对本发明作进一步详细描述：
[0066] 本发明根据微地震信号与天然地震信号具有类似的震源机制和信号特征。分析其 微地震资料的特点：事件震源分布集中，事件间的距离远远小于其到检波器的距离的特点， 选取射孔事件作为主事件，拾取微地震事件的观测走时，并通过计算其射孔和事件的观测 走时与理论计算走时差的残差（"双差"）确定其相对的距离。
[0067] 如图11所示，本方法具体实现的步骤为：
[0068] (0)读入压裂井周围的层状速度文件、各个检波器的坐标值、相对微地震事件的初 始坐标值及各个检波器的观测走时；
[0069] (1)计算射孔及微地震事件到各个检波器的走时（射孔是相当于已知震源的位 置）
[0070] 根据射线理论，微地震事件i到检波器k的走时表示为：
[0071]
(!)
[0072] 2Y'为微地震事件到检波器k的旅行时，ds为沿射线的弧长元素 ，τ 1微地震事件 i的发震时刻，U为速度的倒数 [0073] 将其一阶泰勒展开： _4]
⑵
[0075] 其中：Λ Θ 1 = ( Λ X1，Λ y1，Λ ζ1，Λ τ Ο，< =(产-广;
[0076] Λχ? :两个微地震事件的χ坐标的差；Aylj :两个微地震事件的y坐标的差； Λ ζ? :两个微地震事件的z坐标的差；Λ τ :两个微地震事件发震时刻的差，也为两个微 地震事件的观测走时与计算走时的差的差，4是残差，t°bs是两个微地震事件观测走时的 差，t ral两个微地震事件观测走时的差；
[0077] (2)拾取射孔及微地震事件的观测走时
[0078] 通过互相关函数法或手动拾取方法拾取微地震事件到各个检波器的观测初至到 时。
[0079] (3)计算射孔事件和微地震事件到各检波器的走时差，以及两个微地震事件到各 检波器的走时差；
[0080] a、计算射孔和微地震到各检波器的走时差可以计算微地震事件的相对于射孔事 件的相对距离，射孔的坐标是已知的，可以修正微地震事件的坐标，提高其微地震事件的定 位精度；
[0081] b、计算两个微地震事件的走时差可以计算两个微地震事件的相对距离，可以修正 微地震事件的整体位置。
[0082] 通过选取两个微地震事件（本发明选择射孔和某一微地震事件，其微地震事件要 求可拾取的观测到时至少有三个，并且不在一条直线上）对（2)式做差得到如下的方程：
[0083] / s (3)
[0084]