微地震监测数据采集方案优化及正反演方法研究

发布时间：2020-06-26 16:54

【摘要】：微地震监测技术近年来广泛的应用于致密油藏的压裂监测、矿山岩爆监测、二氧化碳CO_2地质封存监测和常规油田注采诱发地震监测。然而,微地震信号受噪声影响严重,难以拾取准确初至且定位精度不高。因此,本文首先对微地震正演模拟进行了详细研究,分析了不同震源机制的微地震波场传播特征并为后续的采集方案优化奠定基础;其次对微地震有效事件拾取及震源定位进行系统的方法研究,旨在改进现有的反演方法以得到高精度的震源位置;最后探索了采集方案的优化,为实际微地震采集方案的设计提供依据。论文主要取得的成果如下:(1)分别应用快速行进法和交错有限差分技术,分析了微地震监测区域的走时场和波场特征。采用矩张量的形式描述微地震震源辐射特性,得到了各检波器的到时、射线路径及合成微地震记录。此外,根据实际观测经验,建立了微地震震源在空间、激发时刻和震源机制上的模拟分布函数,通过关键参数的调整,描述了不同形态的诱导裂缝。(2)综合研究了时窗能量比法、基于自回归模型的Akaike信息准则法、多尺度AIC算法和匹配滤波法。鉴于以上拾取法仅在时域进行有效事件拾取的问题,本文引入了基于S变换的微地震有效事件时频分析拾取法。实际算例表明,该方法能够在强噪声环境提高微地震事件的拾取率。(3)详细研究了Geiger定位法、网格搜索法、逆时聚焦定位法和双差定位法。引入了峰值信噪比和三维定位椭球半轴长作为定量评价逆时聚焦定位图像清晰程度和定位精度的标准。针对逆时聚焦定位在强噪声资料中成像噪声严重的问题,提出了基于双树复小波变换的多尺度逆时聚焦定位法,提高了定位成像质量。(4)建立了基于采集方案的灵敏度和定位精度加权和的微地震采集方案优化函数。通过模拟退火法求解监测区域内优化函数的最小值可以定量的给出微地震监测区域内的最优采集布置方案。模拟算例表明,采集方案的灵敏度和定位精度主要受接收器的数量、接收器阵列覆盖面积、接收器与震源的距离决定。最后,分别通过微地震地表监测合成数据和中东某油田注采诱发地震井下监测实际数据对以上算法进行了测试,验证了算法的可行性。
【学位授予单位】：中国石油大学（北京）
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：P631.4
【图文】：

技术路线图,技术路线,微地震

第1 章绪论- 10 -本论文的技术路线如图1.1所示。图 1.1 本文技术路线Fig. 1.1 Technical route for this dissertation1.4 主要研究成果本文的主要研究成果如下：(1) 实现了三维快速行进法和基于矩张量震源的交错网格有限差分法模拟微地震的走时场和完整波场。引入一种模拟微地震震源分布的函数。(2) 实现并对比了时窗能量比法、基于自回归模型的 Akaike 信息准则法、多尺度 AIC 算法和匹配滤波法进行微地震有效事件拾取。改进了基于 S 变换的微地震有效事件拾取法，能够提高强噪声环境中微地震事件的自动拾取率。(3) 实现了 Geiger 定位法、网格搜索法、逆时聚焦定位法和双差定位法。引入以峰值信噪比和三维定位椭球作为定量评价逆时聚焦定位质量的标准。提出了多尺度逆时聚焦定位算法，解决了在强噪声资料中成像噪声干扰严重的问题。(4) 基于采集方案的灵敏度和定位精度加权和，建立定量评价接收器阵列分布优劣的目标函数，通过模拟退火法求解目标函数的最小值得到给定监测区域内的最优采集布置方案。

原理图,有限差分,上风,地震射线

图 2.1 低速体三重值地震射线（a），其粘性限制解（b）和上风有限差分原理（c）Fig. 2.1 Triple seismic rays (a) in low velocity region, its viscidity limited solution (b) andup-wind finite difference schematic figure (c)相比于有限差分求解程函方程，快速行进法主要有两个改进。首先，针对不连续的问题，采用上风有限差分求解程函方程，该算法得到的是程函方程的粘性限制解，如图 2.1b 所示。该算法平滑了速度不连续性，确保了算法的稳定性。其次，采用窄带技术，在每一次波前向外扩展时，搜索所有已更新走时的网格点，选择最小走时作为子震源，重新向外计算并更新相邻网格点的走时，以此保证计算的走时为最小走时。以二维直角坐标系为例，上风有限差分求解程函方程可表示为：2 2,max( , ,0) max( , ,0)x x z zij ij ij ij i jD D D D s (2.7)这里xijD 和xijD 分别表示走时场沿着 x 方向的向后和向前差分，以为例，其一阶和二阶的形式分别：

【参考文献】