專利名稱：一種利用微地震進行震源機制分析的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及微地震監(jiān)測技術領域，特別是涉及一種利用地面微地震進行震源機制分析的方法。
背景技術：
在非常規(guī)油氣開采過程中，均需要使用微地震技術監(jiān)測壓裂、注水施工過程，以解釋壓裂裂縫方向、形態(tài)，注水前緣分布、波及區(qū)。微地震通常是指-1至-5級地震，震級微小，能量弱，信號分辨難度大。通過震源機制分析可以大幅度提高微地震解釋質量，例如判斷壓裂、注水效果，區(qū)別壓裂有效裂縫、無效裂縫及其方向?，F有技術中，井下微地震監(jiān)測可以得到清晰的S波記錄，震源機制分析較為易行；但其施工難度大，費用高，使用機會少。油田工程性監(jiān)測通常使用地面微地震監(jiān)測，地面微地震監(jiān)測通常難以得到原生S波記錄，僅得到P波記錄，且清晰度差。依據P波記錄做震源機制分析時，一般要分辨出P波初動符號，即使較大的地震，分辨初動符號也存在很大的錯誤幾率，地面記錄到的微地震就更難分辨出可靠的初動符號。由此可見，現有方法在地面微地震震源機制分析中存在著明顯的不足和缺陷，亟待進一步改進，如何創(chuàng)設一種全新的，用地面微地震記錄做出震源機制分析的方法，使其大幅度提高微地震解釋質量，為人工壓裂裂縫監(jiān)測結果的可靠性提供依據，解決由監(jiān)測資料本身驗證人工裂縫監(jiān)測結果的難題，實屬當前研發(fā)的重要課題之一。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種利用微地震進行震源機制分析的方法，使其可以大幅度提高微地震解釋質量，為人工壓裂裂縫檢測結果的可靠性提供依據，解決由監(jiān)測資料本身驗證人工裂縫監(jiān)測結果的難題，從而克服現有技術的不足。為解決上述技術問題，本發(fā)明提供一種利用微地震進行震源機制分析的方法，包括以下步驟A、在同一監(jiān)測區(qū)不同位置設置多個地震記錄儀進行監(jiān)測，每個地震記錄儀形成一個地震信號記錄；B、在監(jiān)測到的記錄中，選擇具有很強相關性的地震信號記錄片段進行處理；C、指定波形相對清晰的記錄做指定道，將其它記錄道與指定道做互相關處理，得出絕對值最大的相關系數位置，以此得出其它記錄道與指定道的時差；D、依據得到的時差做時間偏移，使各記錄道在時間上對齊，將最大相關系數為正的其它記錄疊加到指定道上；E1、疊加后顯示地震波形的，多次重復步驟C進行偏移和疊加，得出多數道清晰波形，則判斷該片斷的微地震信號滿足做震源機制的要求，繼續(xù)步驟F ；E2、疊加后不能顯示地震波形，或者多次偏移、疊加后不能做出多數道清晰波形，則判斷該片斷沒有合格的微地震信號，并返回步驟B ；
F、依據最大相關系數的正負把記錄分為兩組，指定記錄道分在相關系數為正的一組，依據兩種符號做出震源機制。作為本發(fā)明的進一步改進，所述的步驟A中在同一監(jiān)測區(qū)不同位置設置12個以上地震記錄儀。所述步驟A中所述的地震記錄儀輸入噪音低于1.5微伏。所述步驟C中，所述的時差為做互相關時，由其它記錄道相對指定道的移動的量值得出；所述的相關系數的計算公式為:R(η)= (1/Ν) Σ [x(m)y (m+n)]其中，R(η)為相關系數，m e
，N為一個地震波形長度，η為記錄在時間軸的移動數值，m、η的采樣率為1000次/秒，通過連續(xù)改變η的值找到絕對值最大的相關系數 R(n)。采用以上設計后，本發(fā)明與現有技術比較有以下有益效果:1、本發(fā)明提出的地面微地震震源機制分析方法可以大幅度提高微地震解釋質量，如判斷壓裂、注水效果:震源機制以張性地震為主時，壓裂形成新裂縫，壓裂效果偏好；震源機制以剪切性地震為主時，壓裂裂縫沿著舊有裂縫，壓裂效果偏差。注水過程則恰好與上述過程相反，以剪切性地震為主時，注水沿著舊縫，效果較好。地面微地震震源機制分析方法還可以用來區(qū)別壓裂有效裂縫、無效裂縫及其方向:有效裂縫通常以張性地震居多。2、由于震源機制結果不依賴于速度模型，只與臺站相對震源的位置有關，震源機制的一個節(jié)面方向與壓裂裂縫方向一致，為人工壓裂裂縫監(jiān)測結果的可靠性提供了依據，解決了由監(jiān)測資料本身驗證人工裂縫監(jiān)測結果的難題。下面通過附圖和實施例，對本發(fā)明的技術方案做進一步的詳細描述。


上述僅是本發(fā)明技術方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明，以下結合附圖與具體實施方式
對本發(fā)明作進一步的詳細說明。圖1是本發(fā)明利用微地震進行震源機制分析的方法流程圖。圖2是剪切型震源機制原理圖。圖3是張性震源機制原理圖。圖4是在某油田壓裂記錄得到的一組微地震波形圖。圖5是通過本發(fā)明的相關分析給出的圖4微地震波形時序、時差圖。圖6是通過本發(fā)明時間偏移、疊加后的微地震波形。圖7是通過由最大相關系數的正負號給出的到時符號分組。圖8本發(fā)明震源機制分析圖例。圖9通過本發(fā)明微地震監(jiān)測得出的某油田人工裂縫方向平面俯視圖。
具體實施例方式本發(fā)明是一種利用微地震進行震源機制分析的方法，請參閱圖1所示，其步驟包括:第一步，在期望做出地震機制的地面微地震監(jiān)測區(qū)通常使用12個以上地震記錄儀，布置在監(jiān)測區(qū)不同位置上，用于記錄油田壓裂、注水時的微地震。每個地震記錄儀形成一個地震信號記錄。記錄時，要求記錄儀器輸入噪音低于1.5微伏，使用北京科若思技術開發(fā)股份有限公司研制的LFSJ- V微地震記錄儀可以實現監(jiān)測需求，該儀器采樣位32位，采樣率1000次/秒，95%以上時間段儀器輸入端噪音小于1.5微伏，有很高的信噪比。第二步，請配合參閱圖4所示，在同一震源檢測區(qū)的不同位置的地震臺上記錄到的同一地震的信號，具有完全相近的幅頻特性，是有很強相關性的數列；只是震源距不同，到時不同。因此，在不同位置監(jiān)測到的信號中，針對地震信號特有的波形、頻譜特征，如:信號前緣升起、后緣衰減、波形包絡、拐角頻率、幅頻異常等特征，由計算機連續(xù)搜索、優(yōu)選符合上述特征的片段，若一道的上述特征與其它道有很強的相關性，則做進一步的地震信號處理。第三步，請配合參閱圖5所示，選定一個波形相對清楚的記錄做指定道，將其它記錄道與指定道做互相關處理，得出絕對值最大的相關系數位置，據此得出其它記錄道與指定道的時差。其中，其它道在時間軸上前、后移動，使相關系數的絕對值最大，移動范圍可以根據臺站分布可能出現的最大時差確定。相關系數的計算公式為:R (n) = (1/Ν) Σ [x (m) y (m+n)]其中，R (η)是相關系數，對m的求和限從零至一個微地震波形長度N，m從O到N_1變化。η是記錄在時間軸的移動數值，m、n的采樣率為1000次/秒，即η變化1，時間改變I毫秒。連續(xù)改變η的數值，就可以找到絕對值最大的相關系數。各道間時差可由其它道相對指定道的移動的量值η給出。第四步，依據得到的時差做時間偏移，使各道在時間上對齊，將做過時間偏移的其它記錄道疊加到指定道上。微地震初動分成為正號(初震動向上)、為負號(初震動向下)二類；二者的震相相差180度。把最大相關系數為正的其它道的地震記錄根據上一步得到的時差做時間偏移，疊加到指定道上，震動信號會得到增強。地震是斷層、裂縫二盤相對移動的結果，在斷層、裂縫移動的前方，地震初動振幅向上，初動符號為正號；在斷層、裂縫移動的后方，地震初動振幅向下，初動符號為負號；同種符號的記錄做互相關，最大相關系數為正；否則為負。第五步，檢視經偏移疊加的記錄是否顯示地震波形，如果有波形，則依據第三步得到的時差做其它道的相關、偏移、疊加，經過多次疊加后其它道也應該顯示出清晰波形。請配合參閱圖6所示，如果多數道顯示出清晰的波形，該記錄片斷有合格的微地震信號。請配合參閱圖7所示，將顯示清晰波形的微地震記錄，分成最大相關系數為正、為負二組，指定道分在最大相關系數為正一組。進而，請配合參閱圖8所示，依據記錄二類符號的地震臺站相對震源的位置做出震源機制。三維震源機制圖形可由計算機直接完成。疊加后不能顯示地震波形，或者再次疊加后不能顯示清晰波形，則判斷為沒有合格的微地震信號，并返回第二步重新分析。請參閱圖2所示，剪切型地震原理圖，依據地震的彈性回跳理論，斷層的二個面發(fā)生近水平錯動，由二個過震源的、彼此垂直的節(jié)面切分震源上半球在水平面的投影為四個空間:二個對角的空間內符號相同，二個相鄰的空間內符號相反，其中一個節(jié)面是斷層面，即裂縫走向。
張性地震有三種機制，宏觀地震的張性地震是斷層的一個面發(fā)生下傾滑動，其球面震源機制也是剪切型的；油田壓裂、注水形成的張性地震則是真正的裂縫張開，形成張性震源，由張性震源排列表示的裂縫是壓裂裂縫的主縫；爆破、射孔、火燒油層時的巖爆震源也表現為張性震源。請參閱圖3所示，張性地震原理圖，張性震源機制為，近井地區(qū)為一種符號，遠井地區(qū)是另外一種符號；二條可以把近井地區(qū)、遠井地區(qū)分開的封閉曲線是它的節(jié)面，這二條曲線可以由烏爾夫網作圖方法由計算機直接做出，二條曲線相交點的連線方向就是該震源的裂縫方向。野外真實地震，通常只有張性地震、剪切性地震二種機制，二種震源機制的地震初動符號分布差異明顯。因此，只要把地震記錄初動分成二種符號，就可以區(qū)別、做出二種機制，而不必弄清二組符號誰是正、負。做震源機制的二條曲線用烏爾夫網作圖方法由計算機直接做出。請參閱圖4所示，該記錄來自于某油田壓裂井，用我們的微地震監(jiān)測系統(tǒng)記到清晰的微地震波形圖，用虛線標出的框圖內就是我們選定的片斷。請參閱圖5所示，經過相關分析，給出各記錄道間的時差與時序，由豎直短線標出互相關得到最大值位置，二條豎直短線間的距離給出任意二道間的時差。請參閱圖6所示，經過時間偏移及疊加給出的處理后的波形，有12道波形清晰、可辨。請參閱圖7所示，依據最大相關系數的正負號把微地震初至符號分成二組。圖中正、負只是表示該記錄與指定道的最大相關系數為正、或負，與指定道具有相同、或相反的初動符號；沒有初動為正、或為負的意義。請參閱圖8所示，震源機制分析圖，圖中標出正、負號的位置為監(jiān)測臺站位置；二條偏細曲線是二個節(jié)面在平面上的投影，連接二個交點的偏粗曲線是該地震的裂縫方向；該地震明顯是張性機制。請參閱圖9所示，由微地震監(jiān)測得出的該井的人工裂縫方向平面視圖，裂縫方向由微地震震源排列表示，由箭頭指示的點就是做出震源機制的的震源點，該點處于北西40度方向裂縫簇中。震源機制給出的裂縫方向與地面微地震監(jiān)測給出的該支人工裂縫方向一致，北西40度方向裂縫是有效裂縫，由監(jiān)測中記錄的微地震震源機制結果直接證實了所給人工裂縫方向的可靠性；震源機制是張性的，可判斷壓裂裂縫沿著新裂縫發(fā)生，效果較好。微地震震源機制結果的實際應用及效果，震源機制分析可以大幅度提高微地震解釋質量，如判斷壓裂、注水效果，區(qū)別壓裂有效裂縫、無效裂縫及其方向。請參閱圖4，圖5所示，我們在某油田壓裂井記到清晰的微地震波形，做出震源機制。由于震源機制結果不依賴于速度模型，只與臺站相對震源的位置有關，震源機制的二個節(jié)面的交點連線與該段壓裂裂縫方向一致，為人工壓裂裂縫監(jiān)測結果的可靠性提供了依據，解決了由監(jiān)測資料本身驗證人工裂縫監(jiān)測結果的難題。以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例而已，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制，本領域技術人員利用上述揭示的技術內容做出些許簡單修改、等同變化或修飾，均落在本發(fā)明的保護范圍內。
權利要求
1.一種利用微地震進行震源機制分析的方法，其特征在于包括以下步驟: A、在同一監(jiān)測區(qū)不同位置設置多個地震記錄儀進行監(jiān)測，每個地震記錄儀形成一個地震信號記錄； B、在監(jiān)測到的記錄中，選擇具有很強相關性的地震信號記錄片段進行處理； C、指定波形相對清晰的記錄做指定道，將其它記錄道與指定道做互相關處理，得出絕對值最大的相關系數位置，以此得出其它記錄道與指定道的時差； D、依據得到的時差做時間偏移，使各記錄道在時間上對齊，將最大相關系數為正的其它記錄疊加到指定道上； E1、疊加后顯示地震波形的，多次重復步驟C進行偏移和疊加，得出多數道清晰波形，則判斷該片斷的微地震信號滿足做震源機制的要求，繼續(xù)步驟F ； E2、疊加后不能顯示地震波形，或者多次偏移、疊加后不能做出多數道清晰波形，則判斷該片斷沒有合格的微地震信號，并返回步驟B ; F、依據最大相關系數的正負把記錄分為兩組，指定記錄道分在相關系數為正的一組，依據兩種符號做出震源機制。
2.根據權利要求1所述的利用微地震進行震源機制分析的方法，其特征在于: 所述的步驟A中在同一監(jiān)測區(qū)不同位置設置12個以上地震記錄儀。
3.根據權利要求1所述的利用微地震進行震源機制分析的方法，其特征在于: 所述步驟A中所述的地震記錄儀輸入噪音低于1.5微伏。
4.根據權利要求1所述的利用微地震進行震源機制分析的方法，其特征在于: 所述步驟C中，所述的時差為做互相關時，由其它記錄道相對指定道的移動的量值得出；所述的相關系數的計算公式為:R(η)= (1/Ν) Σ [x(m)y (m+n)] 其中，R(n)為相關系數，me [O, N_l], N為一個地震波形長度,η為記錄在時間軸的移動數值，m、n的采樣率為100 0次/秒，通過連續(xù)改變η的值找到絕對值最大的相關系數R(n)。
全文摘要
本發(fā)明是有關于一種利用微地震進行震源機制分析的方法，包括在同一監(jiān)測區(qū)不同位置設置多個地震記錄儀進行監(jiān)測；選擇具有很強相關性的地震信號記錄片段進行處理；指定波形相對清晰的記錄做指定道，將其它記錄道與指定道做互相關處理，得出絕對值最大的相關系數位置，以此得出其它記錄道與指定道的時差；時間偏移，將最大相關系數為正的其它記錄疊加到指定道上；疊加后顯示地震波形的，多次偏移和疊加得出多數道清晰波形；依據最大相關系數的正負把記錄分為兩組，指定記錄道分在相關系數為正的一組，依據兩種符號做出震源機制。本發(fā)明可以大幅度提高微地震解釋質量，為人工壓裂裂縫檢測結果的可靠性提供依據。
文檔編號G01V1/30GK103076634SQ20131000275
公開日2013年5月1日 申請日期2013年1月6日 優(yōu)先權日2013年1月6日
發(fā)明者劉建中 申請人:劉建中