一種井中微地震事件識別和拾取的方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種井中微地震事件識別和拾取的方法，屬于微地震監(jiān)測領(lǐng)域。本方法包括：(1)對事件監(jiān)測記錄的每一個接收點(diǎn)進(jìn)行方位旋轉(zhuǎn)；(2)對旋轉(zhuǎn)后的記錄，計算每一個接收點(diǎn)每一時刻的特征函數(shù)值CFs；(3)通過時差掃描技術(shù)計算事件疊加能量函數(shù)L(t)；(4)通過自適應(yīng)閥值自動檢測出事件的起震時間ti；(5)拾取一組事件的S波峰值時間并檢查S波峰值時間；拾取S波起跳時間并檢查S波起跳時間；(6)對于每一個接收點(diǎn)，在已經(jīng)確定的一組S波起跳時間之前的固定的時間間隔Tspmax內(nèi)對每一個時間點(diǎn)計算特征函數(shù)值CFp；(7)拾取一組事件的P波的每一接收點(diǎn)峰值時間并檢查P波峰值時間；拾取P波起跳時間并檢查P波起跳時間。
【專利說明】-種井中微地震事件識別和拾取的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于微地震監(jiān)測領(lǐng)域，具體涉及一種井中微地震事件識別和拾取的方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著油氣資源供求緊張關(guān)系的進(jìn)一步加劇，油氣勘探領(lǐng)域已經(jīng)將增加油氣產(chǎn)量的 目光轉(zhuǎn)向了致密砂巖和頁巖。我國豐富的致密砂巖和頁巖油氣資源將成為未來油氣資源的 主要支柱。但致密砂巖和頁巖油氣資源的開采依賴于水力壓裂技術(shù)，水力壓裂的目的是為 了通過壓力改變地層結(jié)構(gòu)，使之形成有利于油氣運(yùn)移的裂縫，在裂縫產(chǎn)生過程中，伴隨著微 地震事件。微地震監(jiān)測可以為水力壓裂的設(shè)計和壓裂效果提供依據(jù)，進(jìn)而為提高油氣采收 率服務(wù)。
[0003] 井中三分量的微地震監(jiān)測是當(dāng)前水力壓裂微地震監(jiān)測的主要方式之一。它一般是 通過在井中放置三分量的檢波器組，來連續(xù)監(jiān)測壓裂過程中產(chǎn)生的微地震事件。微地震監(jiān) 測的特點(diǎn)是：1.監(jiān)測時間長，一般連續(xù)監(jiān)測幾個小時以上；2.事件密度大，一次監(jiān)測可以檢 測到成百上千的事件；3.事件信號弱，性噪比低；4.事件震相類型復(fù)雜，既有P波也有S波 等。
[0004] 因此，當(dāng)前以人工為首要手段識別和拾取微地震事件的方法，存在工作強(qiáng)度大，弱 信號拾取不準(zhǔn)確，P波S波震相很難判斷的問題，而且在效率上說，不能實時的為水力壓力 提供依據(jù)。對于微地震事件的自動識別和拾取，當(dāng)前的方法，雖然識別和拾取了部分事件， 但是沒有判斷事件的震相，也沒有對來自同一震源的P波和S波事件對進(jìn)行有效配對，這在 一定程度上對微地震監(jiān)測的后續(xù)處理造成了困難。
[0005] 綜上所述，目前的微地震監(jiān)測存在事件監(jiān)測時間長，事件數(shù)量大，信號弱，人工進(jìn) 行事件識別和拾取效率低下，不能實時監(jiān)測的問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的難題，提供一種井中微地震事件識 別和拾取的方法，針對井中三分量檢波器接收的微地震事件，分別構(gòu)造了新的S波和P波的 特征函數(shù)，設(shè)計了新的S波與P波識別和拾取方法，提高了對事件進(jìn)行有效的識別和拾取的 效率和準(zhǔn)確率。
[0007] 本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：
[0008] -種井中微地震事件識別和拾取的方法，所述方法包括以下步驟：
[0009] (1)對事件監(jiān)測記錄的每一個接收點(diǎn)進(jìn)行方位旋轉(zhuǎn)，使X分量和正東E向重合，Y 分量和正北N向重合，Z分量鉛直；
[0010] (2)對旋轉(zhuǎn)后的記錄，計算每一個接收點(diǎn)每一時刻的特征函數(shù)值CFs ;
[0011] (3)通過時差掃描技術(shù)計算事件疊加能量函數(shù)L (t);
[0012] (4)通過自適應(yīng)閥值自動檢測出事件的起震時間ti ;
[0013] (5)拾取一組事件的S波峰值時間并檢查S波峰值時間；拾取S波起跳時間并檢 查S波起跳時間；
[0014] (6)對于每一個接收點(diǎn)，在已經(jīng)確定的一組S波起跳時間之前的固定的時間間隔 Tspmax內(nèi)對每一個時間點(diǎn)計算特征函數(shù)值CFp ;
[0015] (7)拾取一組事件的P波的每一接收點(diǎn)峰值時間并檢查P波峰值時間；拾取P波 起跳時間并檢查P波起跳時間；
[0016] (8)檢查已經(jīng)拾取的一組事件的P波、S波匹配情況，若不符合條件，則剔除該事 件；檢查已經(jīng)拾取的一組事件的真?zhèn)吻闆r，若不符合條件，則剔除該事件；
[0017] (9)判斷是否所有事件都拾取完成，如果否，則返回步驟（5)，如果是，則輸出所有 符合條件的S波和P波的波峰時間和起跳時間，結(jié)束拾取過程。
[0018] 所述步驟（1)包括：
[0019] (11)設(shè)三分量檢波器記錄的三個分量分別是X'，y'，Z'，首先用公式（1)將檢 波器選裝到UVW坐標(biāo)系下：

【權(quán)利要求】
1. 一種井中微地震事件識別和拾取的方法，其特征在于：所述方法包括以下步驟： (1) 對事件監(jiān)測記錄的每一個接收點(diǎn)進(jìn)行方位旋轉(zhuǎn)，使X分量和正東E向重合，Y分量 和正北N向重合，Z分量鉛直； (2) 對旋轉(zhuǎn)后的記錄，計算每一個接收點(diǎn)每一時刻的特征函數(shù)值CFs; (3) 通過時差掃描技術(shù)計算事件疊加能量函數(shù)L(t); (4) 通過自適應(yīng)閥值自動檢測出事件的起震時間心： (5) 拾取一組事件的S波峰值時間并檢查S波峰值時間；拾取S波起跳時間并檢查S波 起跳時間； (6) 對于每一個接收點(diǎn)，在已經(jīng)確定的一組S波起跳時間之前的固定的時間間隔Tspmax 內(nèi)對每一個時間點(diǎn)計算特征函數(shù)值CFp; (7) 拾取一組事件的P波的每一接收點(diǎn)峰值時間并檢查P波峰值時間；拾取P波起跳 時間并檢查P波起跳時間； (8) 檢查已經(jīng)拾取的一組事件的P波、S波匹配情況，若不符合條件，則剔除該事件；檢 查已經(jīng)拾取的一組事件的真?zhèn)吻闆r，若不符合條件，則剔除該事件； (9) 判斷是否所有事件都拾取完成，如果否，則返回步驟（5)，如果是，則輸出所有符合 條件的S波和P波的波峰時間和起跳時間，結(jié)束拾取過程。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的井中微地震事件識別和拾取的方法，其特征在于：所述步驟 (1)包括： (11) 設(shè)三分量檢波器記錄的三個分量分別是X'，y'，z'，首先用公式（1)將檢波器 選裝到UVW坐標(biāo)系下：
這里的Θ表示u與V的夾角； (12) 利用公式⑵繼續(xù)旋轉(zhuǎn)u，v，w至ENZ直角坐標(biāo)系：
式子中G1,f\，gl)，（e2,f2,g2)，（e3,f3,g3)分別是UVW三個軸在ENZ坐標(biāo)系中的方向 余弦；
相鄰檢波器在ENZ坐標(biāo)系中的坐標(biāo)增量，由UVW的正交關(guān)系和推導(dǎo)出： 其中kAx1,Ay1,Az1 是
(13) 利用公式（3)將檢波器旋至射孔點(diǎn)和接收點(diǎn)連線方向構(gòu)成的直角坐標(biāo)系中，設(shè)旋 轉(zhuǎn)后的三個向量為（ax,ay,az),其中ax為炮檢點(diǎn)連線的水平方向，ay為垂直于ax的另一水 平軸，az鉛垂向下：
令A(yù)x2=xr-xs，Ay2=yr-ys,ΔZ2=Zr-Zs；cf2 = ^{Δχ2 )" + (Δν2)"，其中（xs，ys，zs)和（xr, 八y' 八y zj分別表示射孔點(diǎn)和接收點(diǎn)在ENZ坐標(biāo)系中的坐標(biāo)；則/? = ，々u= ，b21=b12, b22=-bn; (14) 利用公式⑷繼續(xù)旋轉(zhuǎn)向量（ax，ay，az)，使ax和正東E向重合，ay和正北N向重 合，^依然鉛直向下；
其中3為已!^[^的夾角，(308 3=厶叉2/(12,8；[113=厶72/(12; (15) 通過對射孔資料的直達(dá)P波進(jìn)行角度掃描的方法求得檢波器水平方位角：當(dāng)旋轉(zhuǎn) 后的分量a..與a.的能量差最大的角度Θ即為所求的方位角：
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的井中微地震事件識別和拾取的方法，其特征在于：所述步驟 (2)是這樣實現(xiàn)的： (21) 在一個滑動時窗內(nèi)，對于旋轉(zhuǎn)后的X，Y，Z這三個分量，構(gòu)建其協(xié)方差矩陣：
.ν= |?.ν>，Ζ=^ΣΖ.;由協(xié)方差矩陣求得到三個特征值λι，λ2，λ3以及對應(yīng)于 特征值的三組特征向量，其中λPApA3，最大特征值A(chǔ)1對應(yīng)的特征向量為Vl(vx，vy，vz); (22) 利用以協(xié)方差矩陣的最大特征值λ1和其對應(yīng)的特征向量Vl(vx，vy，vz)，以及射 孔坐標(biāo)方位向量S(sx，sy，sz)構(gòu)造S波特征函數(shù)：
其中：S(sx，sy，sz) = (xs-xr，ys_yr，zs-zr) 然后利用公式（6)對旋轉(zhuǎn)后的記錄（X，Y，Z)計算每一個接收點(diǎn)每一時刻的特征函數(shù)值 CFs。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的井中微地震事件識別和拾取的方法，其特征在于：所述步驟 (3) 是這樣實現(xiàn)的： 利用公式（8)計算每一時刻的最大疊加能量L(t):
(8) 公式（8)中，τ」是第j個檢波器的時移量。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的井中微地震事件識別和拾取的方法，其特征在于：所述步驟 (4) 包括： (41) 對L(t)進(jìn)行希爾伯特變換，計算L(t)的包絡(luò)H(t); (42) 在一個滑動時窗里，計算每個時刻包絡(luò)H(t)的期望值E(t)和標(biāo)準(zhǔn)方差δ(t); (43) 利用公式（9)進(jìn)行自適應(yīng)閥值的計算： Ht(t)=E(t_τ) +αδ(t_τ) (9) 公式（9)中，τ是延遲時間，用以調(diào)整因初至引起的閥值過早變化。α是標(biāo)準(zhǔn)方差的 權(quán)系數(shù)； (44) 在一固定的時間長度T_t內(nèi)，將滿足L⑴值大于Ht⑴的最大值Lmax⑴作為該 檢測窗口內(nèi)的事件，對應(yīng)時間h就是事件起震時間，i=l，2, 3. ..K，K是檢測到的事件個數(shù)， 所述T_t大于S-P波的最大時差；所述檢測窗口的長度為時間長度T_t。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的井中微地震事件識別和拾取的方法，其特征在于：所述步驟 (5) 中的拾取S波峰值時間并檢查S波峰值時間是這樣實現(xiàn)的： 拾取S波峰值時間：S波峰值時間指的是事件的最大能量對應(yīng)的時間，對步驟（4)檢測 出的某一事件，對每一接收點(diǎn)，以時刻為該接收點(diǎn)峰值時間搜索時窗中點(diǎn)，在這個時 窗內(nèi)搜索CFs的最大值，其對應(yīng)時間就是事件在該接收點(diǎn)的峰值時間ts(l山是步驟（4)檢 測的第i組事件的起震時間，、是在步驟（3)中計算的第j檢波器的時移量； 檢查S波峰值時間：用拋物線方程擬合峰值時間時距曲線，對于誤差超過界限的峰值 時間值，以用拋物線擬合的理論峰值時間Tfiti為時窗中點(diǎn)，減小搜索窗口，然后在重新設(shè) 定的搜索窗口里，找出CFs的最大值； 所述步驟（5)中的拾取S波起跳時間并檢查S波起跳時間是這樣實現(xiàn)的： 拾取S波起跳時間：S波起跳時間是指事件的初至起跳點(diǎn)對應(yīng)的時間；在事件的峰值時 間確定后，在以峰值時間ts(l為中點(diǎn)的起跳時間檢測窗口內(nèi)，分別在兩個滑動的長短時窗計 算CFs的平均值STA和LTA，然后利用STA/LTA的最大值作為S波的起跳時間ts;STA/ LTA窗口不能重疊，同時為STA/LTA的比值設(shè)置了最小閥值； 檢查S波起跳時間：用拋物線擬合起跳時間時距曲線，對于誤差超過界限的起跳時間 值，以用拋物線擬合的理論起跳時間Tfiti為時窗中點(diǎn)，減小搜索窗口，重新設(shè)置一個局部 的STA/LTA閥值，在重新設(shè)定的搜索窗口里，重新找出STA/LTA的最大值。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的井中微地震事件識別和拾取的方法，其特征在于：所述步驟 (6) 是這樣實現(xiàn)的： 對于一個接收點(diǎn)，在已經(jīng)確定的一個S波起跳時間之前的固定的時間間隔Tspmax內(nèi)，利 用已經(jīng)檢測出的一個S波的偏振向量P(px，py，pz)，以及待計算時間點(diǎn)處的協(xié)方差矩陣的最 大特征值λ1和對應(yīng)特征向量Vl(vx，vy，vz)構(gòu)造P波特征函數(shù)：
然后利用公式（7)對每一個接收點(diǎn)的每一個時間點(diǎn)計算CFp。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的井中微地震事件識別和拾取的方法，其特征在于：所述步驟 (7) 中的拾取P波峰值時間并檢查P波峰值時間是這樣實現(xiàn)的： 拾取P波峰值時間：在整個時間間隔Tspmax內(nèi)，搜索CFp的最大值，其對應(yīng)的時間就是P波在該接收點(diǎn)的峰值時間tp(l;所述Tspmax大于等于記錄中P、S波的最大時差； 檢查P波峰值時間：用拋物線擬合峰值時間時距曲線，對于誤差超過某個界限的峰值 時間值，以擬合的時間為時窗中點(diǎn)，減小搜索窗口，重新拾取。 所述步驟（7)中的拾取P波起跳時間并檢查P波起跳時間是這樣實現(xiàn)的； 拾取P波起跳時間：在P波的峰值時間確定后，在以峰值時間tp(l為中點(diǎn)的起跳時間檢 測窗口內(nèi)，分別在兩個滑動的長短時窗計算CFp的平均值，STA和LTA，然后利用STA/LTA 的最大值作為P波的起跳時間tp ;所述STA/LTA窗口不能重疊（STA和LTA窗口是這樣選 取的，假設(shè)長短時窗長度分別為Ll和Ls，i是要計算的點(diǎn)，則LTA的計算窗口是[i-Ll，i]， STA的計算窗口是（i，i+Ls]，），同時STA/LTA的比值設(shè)置最小閥值； 檢查P波起跳時間：同S波起跳時間檢查方法類似，用拋物線擬合起跳時間時距曲線， 對于誤差超過某個界限的起跳時間值，以擬合的時間為時窗中點(diǎn)，減小搜索窗口，重新設(shè)置 一個局部的STA/LTA閥值，重新拾取STA/LTA的極大值。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的井中微地震事件識別和拾取的方法，其特征在于：所述步驟 (8) 是這樣實現(xiàn)的： 通過公式（10)可以檢查出不符合條件的P波起跳時間： (ts-tp)-ts(α-β)/β|^ε (10) 公式（10)中，α和β分別是檢波器附近的P波和S波的平均速度，設(shè)置一個時差范圍ε，對于不滿足公式（10)的事件進(jìn)行剔除，即已經(jīng)拾取的該事件結(jié)果不保留，刪除掉即可； 通過峰值時間或起跳時間擬合的拋物線與拾取的峰值時間或起跳時間的誤差累計來 判斷，若誤差累計的值大過界限值，則認(rèn)為該事件是假的，將該事件剔除； 所述誤差累計的計算如下： 假設(shè)M個檢波器，拾取的時間是TpiCkj，相應(yīng)的擬合的時間是Tfit」，j=l，2，3. . .Μ，則累 計誤差=ΣΓ/也*/ -[凡丨 I=I 所述界限值是M*err，err是拾取誤差檢查界限。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的井中微地震事件識別和拾取的方法，其特征在于：所述步驟 (9) 是這樣實現(xiàn)的： 若步驟（4)中檢測出的事件，還有未拾取的，則返回步驟（5)繼續(xù)拾取，若沒有需要再 拾取的，則輸出所有符合步驟（8)和步驟（9)的條件的S波和P波的峰值時間和起跳時間， 結(jié)束拾取過程。
【文檔編號】G01V1/40GK104459797SQ201310432702
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2013年9月22日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月22日
【發(fā)明者】陳占國, 崔樹果 申請人:中國石油化工股份有限公司, 中國石油化工股份有限公司石油物探技術(shù)研究院