[发明专利]基于多级多尺度网格相似性系数计算的微震震源定位方法

说明书

本发明公开一种微震震源定位算法，属于地球物理反演算法领域，包括如下步骤：对监测区域进行均匀网格划分；分别计算每个网格分割点对应的地震振幅相似性系数；选取相似性系数最大值处对应的网格位置作为震源定位结果；在定位结果对应的网格处再次进行均匀网格划分、相似性系数计算，选取相似性系数最大值处对应的网格位置更新震源定位结果，直至定位精度满足要求。本发明相对于传统的相似性系数定位方法而言，通过对监测区域进行多级多尺度的网格划分，避免监测区域整体密集网格划分造成的计算时间过长的缺点，也避免监测区域整体稀疏网格划分导致的定位精度过低的缺点。

技术领域

本发明是一种基于多级多尺度网格划分的利用相似性系数的微地震定位反演方法，涉及地球物理探测技术领域，特别涉及微地震监测定位反演方法。

背景技术

地下的微小震动作为地下介质大型动力灾害的前兆，对于微震震源的实时定位，可以有效的监测地下介质的破裂情况以及对于大型动力灾害的预防提供信息。在微地震监测工作中，如何准确的对微震震源进行定位是监测工作成功的关键。微震监测因其可以实时监控介质破裂程度的特点，已大量运用在工程领域中，在煤矿系统利用微震监测判断煤层顶底板破裂情况，在工程物探中利用微震来判断桩基介质的内部情况。

目前成熟的微震震源定位算法大多是基于盖格理论的方法，通过检波器空间位置、地下介质体速度和地震波到达检波器的时间的关系建立方程组，基于最优化理论求得定位结果。基于盖格理论的定位过程一种是利用非线性反演算法中目标函数的几何性质寻求迭代方向寻求最优值。但是这种手段往往使最终结果寻求到局部的最优值导致定位结果不精确。另一种则是利用在搜索空间的随机搜寻来寻找全局的最优值来减低反演算法陷入局部最优的危险。

基于盖格类的定位方法在地震数据信噪比高的情况下可以进行准确的定位，但是微地震监测中得到的数据信噪比较低，利用盖格方法对数据进行定位处理往往得不到理想的定位结果。另外，面对大量地震数据，盖格类方法只是利用了地震波的旅行时间，丢弃了地震数据中的波形数据。

基于相似性系数计算的定位方法是一种同时利用地震波旅行时和地震波形数据计算相似性系数进行定位的方法，在低信噪比或速度模型较复杂时该方法的定位精度较之盖格类方法有所提高，在天然地震定位中得到了很好的应用。微震震源定位借鉴天然地震定位的方法，对基于相似性系数计算的定位方法开展了研究并取得了一定的应用成果。然而微震震源定位在指导资源开采时，对方法的实时性和定位精度都要求较高。为了同时达到较好的定位精度和实时性，本发明提出一种基于多级多尺度网格划分的相似性系数计算方法。首先通过对定位空间进行稀疏且均匀的网格划分得到对应的网格点，计算网格点中相似性系数最高的网格点；然后对相似性系数计算结果最大值的网格点附近的空间进行密集的网格划分，再一次对网格点进行相似性系数的计算，直至定位精度达到要求，最终得到的相似性系数值最高的空间点就可认定是最终的微震震源位置。

本算法的目的在于多级多尺度的网格划分同时提高了定位方法的计算效率和计算精度，利用相似性系数定位的方法通过利用地震波形数据进行精确的微震震源定位。此外，本方法不用拾取地震波从震源到检波器的旅行时间，避免了盖格法在地震信号信噪比不高的情况下，拾取地震波旅行时不准确造成定位不理想。

发明内容

本发明是为了解决传统基于相似性系数计算的震源定位算法计算效率和计算精度无法同时提高，应用在微震震源定位时精度和实时性无法同时满足，导致应用范围受限的问题，通过多级多尺度网格划分，较之传统均匀网格划分时相似性系数计算的定位方法，同时提高了定位方法的计算效率和计算精度，满足微震监测实时性的同时，实现震源的精确定位。

基于多级网格划分和相似性系数的微震震源定位方法的基本实现步骤如下：