專利名稱：一種利用微地震進(jìn)行震源機(jī)制分析的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及微地震監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種利用地面微地震進(jìn)行震源機(jī)制分析的方法。
背景技術(shù)：
在非常規(guī)油氣開采過程中，均需要使用微地震技術(shù)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(jī)制分析可以大幅度提高微地震解釋質(zhì)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(xiàn)有技術(shù)中，井下微地震監(jiān)測可以得到清晰的S波記錄，震源機(jī)制分析較為易行；但其施工難度大，費(fèi)用高，使用機(jī)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(jù)P波記錄做震源機(jī)制分析時(shí)，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(xiàn)有方法在地面微地震震源機(jī)制分析中存在著明顯的不足和缺陷，亟待進(jìn)一步改進(jìn)，如何創(chuàng)設(shè)一種全新的，用地面微地震記錄做出震源機(jī)制分析的方法，使其大幅度提高微地震解釋質(zhì)量，為人工壓裂裂縫監(jiān)測結(jié)果的可靠性提供依據(jù)，解決由監(jiān)測資料本身驗(yàn)證人工裂縫監(jiān)測結(jié)果的難題，實(shí)屬當(dāng)前研發(fā)的重要課題之一。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種利用微地震進(jìn)行震源機(jī)制分析的方法，使其可以大幅度提高微地震解釋質(zhì)量，為人工壓裂裂縫檢測結(jié)果的可靠性提供依據(jù)，解決由監(jiān)測資料本身驗(yàn)證人工裂縫監(jiān)測結(jié)果的難題，從而克服現(xiàn)有技術(shù)的不足。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種利用微地震進(jìn)行震源機(jī)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(shè)置多個地震記錄儀進(jìn)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(qiáng)相關(guān)性的地震信號記錄片段進(jìn)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(guān)處理，得出絕對值最大的相關(guān)系數(shù)位置，以此得出其它記錄道與指定道的時(shí)差；D、依據(jù)得到的時(shí)差做時(shí)間偏移，使各記錄道在時(shí)間上對齊，將最大相關(guān)系數(shù)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(fù)步驟C進(jìn)行偏移和疊加，得出多數(shù)道清晰波形，則判斷該片斷的微地震信號滿足做震源機(jī)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(shù)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(jù)最大相關(guān)系數(shù)的正負(fù)把記錄分為兩組，指定記錄道分在相關(guān)系數(shù)為正的一組，依據(jù)兩種符號做出震源機(jī)制。作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述的步驟A中在同一監(jiān)測區(qū)不同位置設(shè)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(shí)差為做互相關(guān)時(shí)，由其它記錄道相對指定道的移動的量值得出；所述的相關(guān)系數(shù)的計(jì)算公式為:R(η)= (1/Ν) Σ [x(m)y (m+n)]其中，R(η)為相關(guān)系數(shù)，m e
，N為一個地震波形長度，η為記錄在時(shí)間軸的移動數(shù)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(guān)系數(shù) R(n)。采用以上設(shè)計(jì)后，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)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(jī)制分析方法可以大幅度提高微地震解釋質(zhì)量，如判斷壓裂、注水效果:震源機(jī)制以張性地震為主時(shí)，壓裂形成新裂縫，壓裂效果偏好；震源機(jī)制以剪切性地震為主時(shí)，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(shí)，注水沿著舊縫，效果較好。地面微地震震源機(jī)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(jī)制結(jié)果不依賴于速度模型，只與臺站相對震源的位置有關(guān)，震源機(jī)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(jié)果的可靠性提供了依據(jù)，解決了由監(jiān)測資料本身驗(yàn)證人工裂縫監(jiān)測結(jié)果的難題。下面通過附圖和實(shí)施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。


上述僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明，以下結(jié)合附圖與具體實(shí)施方式
對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。圖1是本發(fā)明利用微地震進(jìn)行震源機(jī)制分析的方法流程圖。圖2是剪切型震源機(jī)制原理圖。圖3是張性震源機(jī)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(guān)分析給出的圖4微地震波形時(shí)序、時(shí)差圖。圖6是通過本發(fā)明時(shí)間偏移、疊加后的微地震波形。圖7是通過由最大相關(guān)系數(shù)的正負(fù)號給出的到時(shí)符號分組。圖8本發(fā)明震源機(jī)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(shí)施例方式本發(fā)明是一種利用微地震進(jìn)行震源機(jī)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(jī)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(shí)的微地震。每個地震記錄儀形成一個地震信號記錄。記錄時(shí)，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(shù)開發(fā)股份有限公司研制的LFSJ- V微地震記錄儀可以實(shí)現(xiàn)監(jiān)測需求，該儀器采樣位32位，采樣率1000次/秒，95%以上時(shí)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(qiáng)相關(guān)性的數(shù)列；只是震源距不同，到時(shí)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(luò)、拐角頻率、幅頻異常等特征，由計(jì)算機(jī)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(qiáng)的相關(guān)性，則做進(jìn)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(guān)處理，得出絕對值最大的相關(guān)系數(shù)位置，據(jù)此得出其它記錄道與指定道的時(shí)差。其中，其它道在時(shí)間軸上前、后移動，使相關(guān)系數(shù)的絕對值最大，移動范圍可以根據(jù)臺站分布可能出現(xiàn)的最大時(shí)差確定。相關(guān)系數(shù)的計(jì)算公式為:R (n) = (1/Ν) Σ [x (m) y (m+n)]其中，R (η)是相關(guān)系數(shù)，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(shí)間軸的移動數(shù)值，m、n的采樣率為1000次/秒，即η變化1，時(shí)間改變I毫秒。連續(xù)改變η的數(shù)值，就可以找到絕對值最大的相關(guān)系數(shù)。各道間時(shí)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(jù)得到的時(shí)差做時(shí)間偏移，使各道在時(shí)間上對齊，將做過時(shí)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(fù)號(初震動向下)二類；二者的震相相差180度。把最大相關(guān)系數(shù)為正的其它道的地震記錄根據(jù)上一步得到的時(shí)差做時(shí)間偏移，疊加到指定道上，震動信號會得到增強(qiáng)。地震是斷層、裂縫二盤相對移動的結(jié)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(fù)號；同種符號的記錄做互相關(guān)，最大相關(guān)系數(shù)為正；否則為負(fù)。第五步，檢視經(jīng)偏移疊加的記錄是否顯示地震波形，如果有波形，則依據(jù)第三步得到的時(shí)差做其它道的相關(guān)、偏移、疊加，經(jīng)過多次疊加后其它道也應(yīng)該顯示出清晰波形。請配合參閱圖6所示，如果多數(shù)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(guān)系數(shù)為正、為負(fù)二組，指定道分在最大相關(guān)系數(shù)為正一組。進(jìn)而，請配合參閱圖8所示，依據(jù)記錄二類符號的地震臺站相對震源的位置做出震源機(jī)制。三維震源機(jī)制圖形可由計(jì)算機(jī)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(jù)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(nèi)符號相同，二個相鄰的空間內(nèi)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(jī)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(jī)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(shí)的巖爆震源也表現(xiàn)為張性震源。請參閱圖3所示，張性地震原理圖，張性震源機(jī)制為，近井地區(qū)為一種符號，遠(yuǎn)井地區(qū)是另外一種符號；二條可以把近井地區(qū)、遠(yuǎn)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(wǎng)作圖方法由計(jì)算機(jī)直接做出，二條曲線相交點(diǎn)的連線方向就是該震源的裂縫方向。野外真實(shí)地震，通常只有張性地震、剪切性地震二種機(jī)制，二種震源機(jī)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(jī)制，而不必弄清二組符號誰是正、負(fù)。做震源機(jī)制的二條曲線用烏爾夫網(wǎng)作圖方法由計(jì)算機(jī)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(biāo)出的框圖內(nèi)就是我們選定的片斷。請參閱圖5所示，經(jīng)過相關(guān)分析，給出各記錄道間的時(shí)差與時(shí)序，由豎直短線標(biāo)出互相關(guān)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(shí)差。請參閱圖6所示，經(jīng)過時(shí)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(jù)最大相關(guān)系數(shù)的正負(fù)號把微地震初至符號分成二組。圖中正、負(fù)只是表示該記錄與指定道的最大相關(guān)系數(shù)為正、或負(fù)，與指定道具有相同、或相反的初動符號；沒有初動為正、或?yàn)樨?fù)的意義。請參閱圖8所示，震源機(jī)制分析圖，圖中標(biāo)出正、負(fù)號的位置為監(jiān)測臺站位置；二條偏細(xì)曲線是二個節(jié)面在平面上的投影，連接二個交點(diǎn)的偏粗曲線是該地震的裂縫方向；該地震明顯是張性機(jī)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(diǎn)就是做出震源機(jī)制的的震源點(diǎn)，該點(diǎn)處于北西40度方向裂縫簇中。震源機(jī)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(jī)制結(jié)果直接證實(shí)了所給人工裂縫方向的可靠性；震源機(jī)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(jī)制結(jié)果的實(shí)際應(yīng)用及效果，震源機(jī)制分析可以大幅度提高微地震解釋質(zhì)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(jī)制。由于震源機(jī)制結(jié)果不依賴于速度模型，只與臺站相對震源的位置有關(guān)，震源機(jī)制的二個節(jié)面的交點(diǎn)連線與該段壓裂裂縫方向一致，為人工壓裂裂縫監(jiān)測結(jié)果的可靠性提供了依據(jù)，解決了由監(jiān)測資料本身驗(yàn)證人工裂縫監(jiān)測結(jié)果的難題。以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制，本領(lǐng)域技術(shù)人員利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)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(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種利用微地震進(jìn)行震源機(jī)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(shè)置多個地震記錄儀進(jìn)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(qiáng)相關(guān)性的地震信號記錄片段進(jìn)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(guān)處理，得出絕對值最大的相關(guān)系數(shù)位置，以此得出其它記錄道與指定道的時(shí)差； D、依據(jù)得到的時(shí)差做時(shí)間偏移，使各記錄道在時(shí)間上對齊，將最大相關(guān)系數(shù)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(fù)步驟C進(jìn)行偏移和疊加，得出多數(shù)道清晰波形，則判斷該片斷的微地震信號滿足做震源機(jī)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(shù)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(jù)最大相關(guān)系數(shù)的正負(fù)把記錄分為兩組，指定記錄道分在相關(guān)系數(shù)為正的一組，依據(jù)兩種符號做出震源機(jī)制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用微地震進(jìn)行震源機(jī)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(shè)置12個以上地震記錄儀。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用微地震進(jìn)行震源機(jī)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(jù)權(quán)利要求1所述的利用微地震進(jìn)行震源機(jī)制分析的方法，其特征在于: 所述步驟C中，所述的時(shí)差為做互相關(guān)時(shí)，由其它記錄道相對指定道的移動的量值得出；所述的相關(guān)系數(shù)的計(jì)算公式為:R(η)= (1/Ν) Σ [x(m)y (m+n)] 其中，R(n)為相關(guān)系數(shù)，me [O, N_l], N為一個地震波形長度,η為記錄在時(shí)間軸的移動數(shù)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(guān)系數(shù)R(n)。
全文摘要
本發(fā)明是有關(guān)于一種利用微地震進(jìn)行震源機(jī)制分析的方法，包括在同一監(jiān)測區(qū)不同位置設(shè)置多個地震記錄儀進(jìn)行監(jiān)測；選擇具有很強(qiáng)相關(guān)性的地震信號記錄片段進(jìn)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(guān)處理，得出絕對值最大的相關(guān)系數(shù)位置，以此得出其它記錄道與指定道的時(shí)差；時(shí)間偏移，將最大相關(guān)系數(shù)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(shù)道清晰波形；依據(jù)最大相關(guān)系數(shù)的正負(fù)把記錄分為兩組，指定記錄道分在相關(guān)系數(shù)為正的一組，依據(jù)兩種符號做出震源機(jī)制。本發(fā)明可以大幅度提高微地震解釋質(zhì)量，為人工壓裂裂縫檢測結(jié)果的可靠性提供依據(jù)。
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(quán)日2013年1月6日
發(fā)明者劉建中 申請人:劉建中