[发明专利]一种利用偏振约束AIC算法自动拾取微震初至的算法

说明书

本发明公开了一种利用偏振约束AIC算法自动拾取微震初至的算法，解决了现有技术拾取微震初至精确不够、动化程度低、以及时窗选取多且受时窗选取长短影响大的问题。本发明首先判断微震数据是单分量或三分量微震数据，三分量对应三个特征值序列，单分量对应一个特征值序列；其次利用偏振分析方法计算出偏振协方差矩阵的特征值序列，然后计算出三分量最大特征值序列的最大值点或单分量特征值序列的最大值点，微震事件初至点在上述计算出的最大值点之前；最后计算特征值序列最大值点之前数据的AIC函数，此段AIC函数的最小值点即为微震事件初至点。本发明拾取微震初至精确、动化程度高、以及时窗选取少且几乎不受时窗选取长短的影响。

技术领域

本发明涉及一种利用偏振约束AIC算法自动拾取微震初至的算法。

背景技术

微震监测技术已经被广泛的应用于大坝矿山的安全监测、页岩气开采中水力压裂监测、深埋隧洞稳定性监测等领域，并且取得了许多显著的研究成果，取得这些成果的基础是对微震事件的精确定位，而微震的初至准确拾取是进行微震事件进行定位的必要先决条件之一，因此对微震初至的精确拾取是微震信号处理中的一项必要工作。

微震事件初至的拾取主要是在环境噪声中识别出微震信号的初到时，目前常用的初至拾取算法主要是借鉴天然地震数据处理中的地震波初至拾取算法，如STA/LTA(ShortTime Average/Long Time Average，长短时平均)算法、AIC算法、基于高阶统计量偏斜度和峰度的PAI-S/K算法、分形维数算法、散射积分算法、偏振分析算法等。上述方法虽然在一些工程中成功应用，但相比于传统的地震数据，微震数据中经常会包含机械振动，环境噪声，电磁噪声等多种干扰信号，信噪比普遍偏低，采用单一算法对微震数据进行初至拾取均难以达到理想的效果。

针对微震数据的初至拾取，国内外学者也做了较多的相关研究，如谭玉阳等人针对低信噪比的微震数据的初至拾取，提出了SLPEA算法，其相当于是STA/LTA算法和偏振分析方法的结合，利用STA/LTA算法计算出的能量比函数Ri和偏振法计算出的偏振度函数Pi归一化后相乘得到Ki，通过边缘检测函数Di检测Ki的变化快慢，Ki变化最快的点存在一个局部极大值点，微震的初至点被认为是在Di的极值点附近，再通过一定的约束条件，精准的拾取到微震事件的初至，根据其试验可以看出，该方法具有优良的拾取效果，但是通过对算法的分析可以发现，算法在计算过程中，需要设置6个不同时窗和3个不同阈值，同时计算量偏大，耗时较长，难以满足实时处理的要求。吕世超等人利用偏振约束的STA/LTA方法实现对有效微震事件的自动拾取，并将该方法应用于整套水力压裂微震监测资料中，取得了较好的效果，其方法是利用偏振度函数和STA/LTA算法的能量比函数相乘得到一个整体的判断因子，通过其来识别微震事件，由于其基础算法中包含STA/LTA算法和偏振度函数，算法在实现中仍然至少需要设置3个时窗，同时其对信噪比极低的数据可靠性依然不高。贾瑞生等人通过Huang变换将微震信号分解成从高频到低频的多个基本时间序列的组合，对含噪的微震信号进行降噪处理，对降噪后的微震信号进行Hilbert变换和包络分析，并进行归一化处理，沿时间轴顺序搜索，当微震信号的均一化包络值大于设定阈值时，即可确定微震信号初至的大致时刻，然后计算该时刻前后N个采样点时窗范围内的AIC函数，即可求出微震事件的初至，该方法利用归一化处理后的包络值首次超过阈值的方法对AIC函数进行约束，尽管牺牲了部分计算时间，但是对于低信噪比的微震信号初至拾取具有良好的效果，不过该方法仍需要人工设置阈值和时窗的大小。可以看出以上方法，均能不同程度的提高微震初至拾取的准确度，但是在计算时需要人为的设置时窗或阈值，降低了微震数据处理的自动性，同时精度的提高也牺牲了算法的实时性。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供利用偏振约束AIC算法自动拾取微震初至的算法，该方法拾取微震初至精确、自动化程度高、能满足实时性要求、以及时窗选取少且不受时窗选取长短的影响。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种利用偏振约束AIC算法自动拾取微震初至的算法，包括以下步骤：