專利名稱：一種微地震信號(hào)到時(shí)自動(dòng)拾取的方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及微地震信號(hào)采集領(lǐng)域，尤其涉及一種微地震信號(hào)到時(shí)自動(dòng)拾取的方法及裝置。
背景技術(shù)：
近年來(lái)美國(guó)大規(guī)模的頁(yè)巖氣開(kāi)采引發(fā)了各國(guó)對(duì)頁(yè)巖氣資源的關(guān)注。我國(guó)致密砂巖油氣藏和頁(yè)巖氣藏資源豐富，在松遼、鄂爾多斯、四川及南方諸多盆地均有分布，這些致密砂巖油氣藏和頁(yè)巖氣藏的天然氣資源將成為我國(guó)重要的能源支柱。對(duì)致密砂巖油氣藏和頁(yè)巖氣藏主要采用水平井分段水力壓裂技術(shù)方式開(kāi)采，但水力壓裂使地層形成新的裂縫，產(chǎn)生微震。監(jiān)測(cè)微地震的分布和特征可為水力壓裂設(shè)計(jì)和壓裂效果的監(jiān)測(cè)提供依據(jù)，提高開(kāi)米效益。微地震記錄的特點(diǎn)是頻率高、信噪比低，因此微地震事件的自動(dòng)識(shí)別和初至到時(shí) 拾取對(duì)實(shí)現(xiàn)海量微地震數(shù)據(jù)的自動(dòng)處理有重要意義。對(duì)于天然地震事件，已提出了多種自動(dòng)識(shí)別方法。這些方法主要根據(jù)在地震記錄中地震事件到達(dá)前后質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)性質(zhì)差別構(gòu)建特征函數(shù)加以判斷。例如，根據(jù)在時(shí)間域能量和能量變化構(gòu)建特征函數(shù)提出的長(zhǎng)短時(shí)均值比方法(STA/LTA法)；根據(jù)在時(shí)間-頻率域能量變化提出的頻譜比方法；根據(jù)地震信號(hào)到達(dá)前后地震波形數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)性質(zhì)的差別提出的AIC方法，還有基于地震波形偏斜度和峭度的PAISK方法；以及分形分維方法等。與天然地震的記錄相比，微震的震級(jí)更小，通常在I級(jí)以下，而且信噪比更低。因此在致密砂巖油氣藏和頁(yè)巖氣藏的開(kāi)采中，如何對(duì)微地震進(jìn)行到時(shí)自動(dòng)拾取地震信號(hào)尤為重要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種微地震信號(hào)到時(shí)自動(dòng)拾取的方法及裝置，解決了在致密砂巖油氣藏和頁(yè)巖氣藏的開(kāi)采中，如何對(duì)微地震進(jìn)行到時(shí)自動(dòng)拾取地震信號(hào)的問(wèn)題。為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種微地震信號(hào)到時(shí)自動(dòng)拾取的方法，包括獲取地震波的N個(gè)樣點(diǎn)，通過(guò)得到的第i個(gè)樣點(diǎn)前M個(gè)地震波形數(shù)據(jù)計(jì)算第i個(gè)樣點(diǎn)處的峭度Ki，其中N、M、i為自然數(shù)；設(shè)置得到的第i個(gè)樣點(diǎn)處的峭度Ki作為特征函數(shù)Ei,通過(guò)特征函數(shù)Ei的長(zhǎng)短時(shí)均值比判斷微地震信號(hào)的初至位置，其中，短時(shí)均值函數(shù)為a i=(l_C3) · α卜1+(3 · Ei ;長(zhǎng)時(shí)均值函數(shù)為β i=(l-C4) · β ,^+C4 · Ei ;若地震信號(hào)的位置滿足下列條件，則判定該位置為微地震信號(hào)的初至位置I) a j ^ T1 · ^JaiSr2;2)滿足條件I的位置記為η,由位置η向時(shí)間減小方向進(jìn)行搜索Ki的數(shù)值,直到Ki ( Kh ；其中，C3為短時(shí)均值的權(quán)系數(shù)、C4為長(zhǎng)時(shí)均值的權(quán)系數(shù)J1為長(zhǎng)短時(shí)均值比閥值，r2為峭度短時(shí)均值的閥值。本發(fā)明還提供了一種微地震信號(hào)到時(shí)自動(dòng)拾取的裝置，包括獲取地震波形峭度模塊，用于獲取地震波的N個(gè)樣點(diǎn)，通過(guò)得到的第i個(gè)樣點(diǎn)前M個(gè)地震波形數(shù)據(jù)計(jì)算第i個(gè)樣點(diǎn)處的峭度Ki，其中N、M、i為自然數(shù)；及判斷初至位置模塊，用于設(shè)置得到的第i個(gè)樣點(diǎn)處的峭度Ki作為特征函數(shù)Ei,通過(guò)特征函數(shù)Ei的長(zhǎng)短時(shí)均值比判斷微地震信號(hào)的初至位置，其中，短時(shí)均值函數(shù)為a J=(I-C3) · α η+C3 · Ei ;長(zhǎng)時(shí)均值函數(shù)為β F(I-C4) · β ^+C4 · Ei ;若地震信號(hào)的位置滿足下列條件，則判定該位置為微地震信號(hào)的初至位置I) a j ^ T1 · β i 且 CtiSr2;2)滿足條件I的位置記為n，由位置η向時(shí)間減小方向進(jìn)行搜索Ki的數(shù)值，直到Ki ( Kh ； 其中，C3為短時(shí)均值的權(quán)系數(shù)、C4為長(zhǎng)時(shí)均值的權(quán)系數(shù)J1為長(zhǎng)短時(shí)均值比閥值，r2為峭度短時(shí)均值的閥值；及存儲(chǔ)模塊，用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，應(yīng)用本發(fā)明，減少了系統(tǒng)的重復(fù)計(jì)算，將計(jì)算量減少為O(N)，意味著是與N成正比，極大地提高了計(jì)算效率，解決了當(dāng)前傳統(tǒng)的基于地震波形峭度和偏斜度的檢測(cè)方法存在運(yùn)算量過(guò)大導(dǎo)致效率低的問(wèn)題。與原PAISK方法相比，本發(fā)明的到時(shí)拾取準(zhǔn)確率提高約10個(gè)百分點(diǎn)，與傳統(tǒng)的STA / LTA方法相比，準(zhǔn)確率提高約5個(gè)百分點(diǎn)。


圖I是一地震記錄的波形和峭度、以及峭度的長(zhǎng)短時(shí)均值曲線的示意圖；圖2是圖I的初至附近的局部放大圖；圖3是本發(fā)明的微地震信號(hào)到時(shí)自動(dòng)拾取的方法的流程圖；圖4是本發(fā)明的微地震信號(hào)到時(shí)自動(dòng)拾取的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的方法在具體實(shí)現(xiàn)中要通過(guò)系統(tǒng)中各設(shè)備之間信息交互來(lái)進(jìn)行信息和/或數(shù)據(jù)的收集，并通過(guò)其內(nèi)的控制器(可以是CPU等進(jìn)行控制處理信息和/或數(shù)據(jù)，本發(fā)明對(duì)此不作任何限定)，其間還可以通過(guò)各種存儲(chǔ)器(可以是內(nèi)存、硬盤或其他存儲(chǔ)設(shè)備)進(jìn)行信息和/或數(shù)據(jù)的儲(chǔ)存和傳送，本發(fā)明對(duì)此不作任何限定。下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。傳統(tǒng)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，對(duì)于一個(gè)有限長(zhǎng)度的離散實(shí)數(shù)序列{xj ,其偏斜度S (skewness)和峭度K(kurtosis)定義為
「π ν ΣΓι(Χ「無(wú))4 IK 二 ^tl-1--3
(Μ-1)·σ;⑴
權(quán)利要求
1.一種微地震信號(hào)到時(shí)自動(dòng)拾取的方法，其特征在于，包括 獲取地震波的N個(gè)樣點(diǎn)，通過(guò)得到的第i個(gè)樣點(diǎn)前M個(gè)地震波形數(shù)據(jù)計(jì)算第i個(gè)樣點(diǎn)處的峭度Ki，其中N、M、i為自然數(shù)； 設(shè)置得到的第i個(gè)樣點(diǎn)處的峭度Ki作為特征函數(shù)Ei,通過(guò)特征函數(shù)Ei的長(zhǎng)短時(shí)均值比判斷微地震信號(hào)的初至位置，其中，短時(shí)均值函數(shù)為a ,= (I-C3) · a i_1+C3 · Ei ;長(zhǎng)時(shí)均值函數(shù)為β i=(l-C4) · β ^!+C4 · Ei ;若地震信號(hào)的位置滿足下列條件，則判定該位置為微地震信號(hào)的初至位置1)a j ^ T1 · β i 且 CtiSr2; 2)滿足條件I的位置記為n，由位置η向時(shí)間減小方向進(jìn)行搜索Ki的數(shù)值，直到Ki ( Kh ； 其中，C3為短時(shí)均值的權(quán)系數(shù)、C4為長(zhǎng)時(shí)均值的權(quán)系數(shù)&為長(zhǎng)短時(shí)均值比閥值，r2為峭度短時(shí)均值的閥值。
2.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于， 所述獲取地震波的N個(gè)樣點(diǎn)，通過(guò)得到的第i個(gè)樣點(diǎn)前M個(gè)地震波形數(shù)據(jù)計(jì)算第i個(gè)樣點(diǎn)處的峭度Ki的步驟，包括 獲取地震波的N個(gè)樣點(diǎn)的離散序列IxJ，當(dāng)前時(shí)窗長(zhǎng)度為M ； 計(jì)算當(dāng)前時(shí)窗長(zhǎng)度為M的時(shí)窗內(nèi)樣點(diǎn)的算術(shù)和、平方和、立方和、4次方和；將時(shí)窗向前移動(dòng)一個(gè)樣點(diǎn)，計(jì)算新時(shí)窗內(nèi)樣點(diǎn)的各值，是在上一個(gè)時(shí)窗的值基礎(chǔ)上，減去上一個(gè)時(shí)窗第I個(gè)樣點(diǎn)的值，并加上當(dāng)前時(shí)窗最后一個(gè)樣點(diǎn)的值，依次類推，得到第i個(gè)樣點(diǎn)處的峭度Ki。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于， 所述計(jì)算當(dāng)前時(shí)窗長(zhǎng)度為M的時(shí)窗內(nèi)樣點(diǎn)的算術(shù)和、平方和、立方和、4次方和；將時(shí)窗向前移動(dòng)一個(gè)樣點(diǎn)，計(jì)算新時(shí)窗內(nèi)樣點(diǎn)的各值，是在上一個(gè)時(shí)窗的值基礎(chǔ)上，減去上一個(gè)時(shí)窗第I個(gè)樣點(diǎn)的值，并加上當(dāng)前時(shí)窗最后一個(gè)樣點(diǎn)的值，依次類推，得到第i個(gè)樣點(diǎn)處的峭度&的步驟，包括 計(jì)算當(dāng)前時(shí)窗長(zhǎng)度為M的時(shí)窗內(nèi)樣點(diǎn)的算術(shù)和、平方和、立方和、4次方和，其中，將當(dāng)前時(shí)窗長(zhǎng)度為M的時(shí)窗內(nèi)離散序列的算術(shù)和、平方和、立方和、4次方和分別記為sm .1=1，2，3，4,公式如下所示
4.一種微地震信號(hào)到時(shí)自動(dòng)拾取的裝置，其特征在于，包括 獲取地震波形峭度模塊，用于獲取地震波的N個(gè)樣點(diǎn)，通過(guò)得到的第i個(gè)樣點(diǎn)前M個(gè)地震波形數(shù)據(jù)計(jì)算第i個(gè)樣點(diǎn)處的峭度Ki，其中N、M、i為自然數(shù)；及 判斷初至位置模塊，用于設(shè)置得到的第i個(gè)樣點(diǎn)處的峭度Ki作為特征函數(shù)Ei，通過(guò)特征函數(shù)Ei的長(zhǎng)短時(shí)均值比判斷微地震信號(hào)的初至位置，其中，短時(shí)均值函數(shù)為a J=(I-C3) · α η+C3 · Ei ;長(zhǎng)時(shí)均值函數(shù)為β F(I-C4) · β ^+C4 · Ei ;若地震信號(hào)的位置滿足下列條件，則判定該位置為微地震信號(hào)的初至位置1)a j ^ T1 · β i 且 CtiSr2; 2)滿足條件I的位置記為n，由位置η向時(shí)間減小方向進(jìn)行搜索Ki的數(shù)值，直到Ki ( Kh ； 其中，C3為短時(shí)均值的權(quán)系數(shù)、C4為長(zhǎng)時(shí)均值的權(quán)系數(shù)&為長(zhǎng)短時(shí)均值比閥值，r2為峭度短時(shí)均值的閥值；及存儲(chǔ)模塊，用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。
5.如權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于，包括 所述獲取地震波形峭度模塊獲取地震波的N個(gè)樣點(diǎn)，通過(guò)得到的第i個(gè)樣點(diǎn)前M個(gè)地震波形數(shù)據(jù)計(jì)算第i個(gè)樣點(diǎn)處的峭度Ki，是指 所述獲取地震波形峭度模塊獲取地震波的N個(gè)樣點(diǎn)的離散序列IxJ，當(dāng)前時(shí)窗長(zhǎng)度為M ;計(jì)算當(dāng)前時(shí)窗長(zhǎng)度為M的時(shí)窗內(nèi)樣點(diǎn)的算術(shù)和、平方和、立方和、4次方和；將時(shí)窗向前移動(dòng)一個(gè)樣點(diǎn)，計(jì)算新時(shí)窗內(nèi)樣點(diǎn)的各值，是在上一個(gè)時(shí)窗的值基礎(chǔ)上，減去上一個(gè)時(shí)窗第I個(gè)樣點(diǎn)的值，并加上當(dāng)前時(shí)窗最后一個(gè)樣點(diǎn)的值，依次類推，得到第i個(gè)樣點(diǎn)處的峭度I。
6.如權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于，包括 所述獲取地震波形峭度模塊計(jì)算當(dāng)前時(shí)窗長(zhǎng)度為M的時(shí)窗內(nèi)樣點(diǎn)的算術(shù)和、平方和、立方和、4次方和；將時(shí)窗向前移動(dòng)一個(gè)樣點(diǎn)，計(jì)算新時(shí)窗內(nèi)樣點(diǎn)的各值，是在上一個(gè)時(shí)窗的值基礎(chǔ)上，減去上一個(gè)時(shí)窗第I個(gè)樣點(diǎn)的值，并加上當(dāng)前時(shí)窗最后一個(gè)樣點(diǎn)的值，依次類推，得到第i個(gè)樣點(diǎn)處的峭度Ki，是指 所述獲取地震波形峭度模塊計(jì)算當(dāng)前時(shí)窗長(zhǎng)度為M的時(shí)窗內(nèi)樣點(diǎn)的算術(shù)和、平方和、立方和、4次方和，其中，將當(dāng)前時(shí)窗長(zhǎng)度為M的時(shí)窗內(nèi)離散序列的算術(shù)和、平方和、立方和、4次方和分別記為sm」，j=l, 2, 3,4,公式如下所示
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種微地震信號(hào)到時(shí)自動(dòng)拾取的方法及裝置，包括獲取地震波的N個(gè)樣點(diǎn)，通過(guò)得到的第i個(gè)樣點(diǎn)前M個(gè)地震波形數(shù)據(jù)計(jì)算第i個(gè)樣點(diǎn)處的峭度；設(shè)置得到的第i個(gè)樣點(diǎn)處的峭度作為特征函數(shù)，通過(guò)特征函數(shù)的長(zhǎng)短時(shí)均值比和短時(shí)均值判斷微地震信號(hào)的初至位置。本發(fā)明解決了在致密砂巖油氣藏和頁(yè)巖氣藏的開(kāi)采中，如何對(duì)微地震進(jìn)行到時(shí)自動(dòng)拾取地震信號(hào)的問(wèn)題。
文檔編號(hào)G01V1/24GK102879813SQ20121036242
公開(kāi)日2013年1月16日 申請(qǐng)日期2012年9月25日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月25日
發(fā)明者劉勁松, 姚振興 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所