[发明专利]一种基于相似性系数的微地震全波形定位方法

说明书

随着勘探开发进入中后期，为了提高油气采收率，微地震监测及定位技术变得越来越重要。关于震源定位的算法有很多，目前大多数算法都是在初至时间和传播速度这两个参数的基础上建立方程并求解定位。实际地震资料中这两个参数难以精确获得，因此定位精度会受到影响。针对此问题缪华祥等基于倾斜叠加和扫描思想提出微地震全波自动定位方法，有效避免了以上问题。但是该微地震全波自动定位方法存在噪音抵抗力不足等问题。针对此问题本发明提出基于相似性系数的微地震全波自动定位方法，首先，使用正弦时窗加权处理各个数据；然后，优化原有相似性系数算法，将除法运算改为减法运算，加快了运行效率，实行了归一化处理函数判断位置。与原有方法比较，在抗噪音、突出极值上有明显提高，且计算量明显降低。

技术领域

本发明涉及地震资料处理领域，特别是涉及微地震定位。

背景技术

近年来微地震技术所表现出来的优点使得众多油气田纷纷加大了该技术的研发力度，在各个方面均取得了较大突破。

微地震监测技术核心在于震源定位，而震源定位关键分为两点：目标函数和求解优化。首先从目标函数问题来说，1912年Geiger根据初至时间和地层模型最早提出将非线性问题线性化，并给出最小二乘解这便是最早的目标函数。虽然这种方法不完美但是启发了不少研究学者，Waldhauser(2000年)就在该方程基础上提出双差分法定位，如果两地震事件之间距离和地震-接收点或者速度不均匀体相比较小，那么可看作从两震源到接收点的射线路程一致，这样两观测时间之间的差可以认为和两震源距离有直接联系，通过一个高精度事件推算另一个低精度事件，一定程度上克服了如介质干扰，噪音干扰等问题。也有把波形能量应用于目标函数，他们的理论来自于Aster和Scott在1993年提出的成簇出现的微地震波形具有相似性理论，于是新的方法应运而生：首先定位最明显的微地震，再根据波的相似性理论寻找到弱小的微地震，最后定位这些弱小微地震，Kummerow(2010年)在微地震波形之间相关性做过研究。为了解决初始时间对模型的影响，胡飞(2015年)提出一种基于微分格式的目标函数，使用三种震相到时差完美消除了初始时间的影响。

接着从解法优化上来说，最早的解法可以归类为将非线性问题线性化的一般解法，这必然会产生如陷入局部极值等问题。为了克服强行线性化带来的问题，开始发展非线性的定位方法，这些方法不需要初始值，偏导数，有效避免了局部极值的问题，但是计算数据开始变大，效率变低。代表方法有：牛顿法，蒙特卡洛搜索法，枚举法(直接搜索法)等。在其他学科的发展下，算法也得到了更新，出现了以生物学为基础的进化算法，以热力学为基础的模拟退火算法(Pei等，2009年)，以波动方程为基础的逆时成像法(Zou和Zhou，2011年)。

由于地下介质复杂单一解法很难适用，于是在保证精确性的前提下多种算法复合便成为了一条行之有效的路线宋维琪联合使用网格搜索和人工遗传(2012年)以及联合黄金网格分割网格搜索法和模拟退火(2014年)，盛冠群联合粒子群算法和差分进化法(2014年)，均取得优秀的定位效果。

宋维琪(2012年)针对地面接收问题提出通过射孔处速度模型加以扰动，寻找到微地震的等效速度进而进行定位，这种方法很好的消除了相邻道之间的时差小问题，解决了最后模型反演敏感度低的问题，提高了反演精度和质量，同时增强了模型抗干扰性。

针对地面接受微地震信号弱，初至波拾取不准的问题，朱海伟等(2013年)提出在贝叶斯框架下的各种联合法，对于先验信息的准确把握使得该方法对于噪音有较强的抵抗力，与搜索法相比效率有进一步提高。

何惺华(2013年)基于三分量检波器资料提出反演新方法，利用能量的反复叠加辅以直达波夹角限制来确定地震激发区域，这类似于网格搜索法，工作量比较大，但是确实为定位开辟了新的方向。

缪华祥等于2012年提出的矿山微地震全波自动层析成像理论，不依赖于时间和速度具有很高的研究价值。但是该算法存在抵抗噪音能力低和极值不突出的问题。

发明内容