[发明专利]水力压裂引起干热岩中发生微震的预警及预测方法

摘要

本发明公开了一种水力压裂引起干热岩中发生微震的预警及预测方法，本发明根据电磁波传播速度快于地震波，非破坏性地震波P波传播速度快于破坏性地震波S波的原理，利用P波快速估算震级，并且利用电磁波快速传输的特点，能够有效对干热岩开发过程中引起的微震进行预警，提供紧急处置时间，由于人工钻探引起的干热岩微震具有由小变大的特点，因此可以对可能产生的危害性微震进行预测，有效的降低财产损失和人员伤亡。本发明解决了干热岩开发过程中微震危害的问题，在危害性地震波到达之前，估算出震级，提供几秒到十几秒的时间采取紧急处置，针对干热岩随着开发过程进行，微震逐渐变大的特点，提出微震预测公式，提前采取避震处置措施。

主权项

一种水力压裂引起干热岩中发生微震的预警及预测方法，该方法的具体步骤如下：1)、将地震仪布置在井场周围、居民区工程附近，将各个地震仪通过无线AP与计算分析中心相连，将采集到的信号实时发送到计算主机，在井场周围、居民区等需要预警的区域放置预警报警器，将报警器通过无线AP与计算主机相连，计算主机发出的指令可以实时发送到预警报警器；2)、计算主机将地震仪采集到的原始地震波加速度信号F(t)进行滤波，将原始地震波加速度信号F(t)中与有用信号无关的噪声信号滤除，然后对地震波加速度原始信号F(t)进行绝对值化处理得到绝对值化加速度信号Q(t)，求出绝对值化加速度信号Q(t)前i秒信号内加速度幅值K，i表示地震仪监测到地震波后的任一时间点，i为正数，将Q(t)取对数得到对数化信号P(t)，设包络函数y＝Bt·e‑At，其中A为任意常数，B为正数，e表示自然常数，然后用包络函数y对P(t)信号的前i秒信号进行包络，使P(t)的前i秒信号数据点刚好在包络函数y的内部，然后用最小二乘法求出常数A、B的值，并计算这i秒时间内包络函数y与横轴所围成的面积，得到加速度包络面积S，S为正数；3)、将滤波后的地震波加速度原始信号F(t)对时间t积分得到地震波速度原始信号V(t)，然后对地震波速度原始信号V(t)进行绝对值化处理得到绝对值化速度信号R(t)，求出绝对值化速度信号R(t)前i秒信号内速度幅值L，将R(t)取对数得到对数化信号U(t)，设包络函数其中Av为任意常数，Bv为正数，e表示自然常数，然后用包络函数yv对U(t)信号的前i秒信号进行包络，使U(t)的前i秒信号数据点刚好在包络函数yv的内部，然后用最小二乘法求出常数Av、Bv的值，并计算这i秒时间内包络函数yv与横轴所围成的面积，得到速度包络面积E，E为正数；4)、将速度原始信号V(t)对时间t积分得到地震波位移原始信号D(t)，然后对地震波位移原始信号D(t)进行绝对值化处理得到绝对值化位移信号G(t)，求出绝对值化位移信号G(t)前i秒信号内位移幅值N，将G(t)取对数得到对数化信号H(t)，设包络函数其中AD为任意常数，BD为正数，e表示自然常数，然后用包络函数yD对H(t)信号的前i秒信号进行包络，使H(t)的前i秒信号数据点刚好在包络函数yD的内部，然后用最小二乘法求出常数AD、BD的值，并计算这i秒时间内包络函数yD与横轴所围成的面积，得到位移包络面积W，W为正数；5)、经过大量地震数据统计分析验证，可以用参数B、Bv、BD进行震中距△估算，震中距估算公式：log△＝alogB+blog Bv+clogBD+d，其中a、b、c、d为通过最小二乘法得到的回归常数，为任意常数；6)、经过大量地震数据统计分析验证，可以用参数A、B、Av、Bv、AD、BD、K、S、L、E、N、W进行震级估算，震级估算公式：其中f1、f2、f3、f4、f5、f6、f7、f8、f9、f10、f11、f12、f13为通过最小二乘法得到的回归常数，为任意常数，M为估算震级，为正数；7)、计算主机每隔0.1秒进行一次步骤1)、2)、3)和4)的分析，计算出相应参数，并带入到5)和6)中的震中距、震级计算公式中，计算一次震中距、震级，根据前0～i秒内不断估算的震级，当估算震级M超过某一设定的阈值，计算主机立即将预警信号传送给报警装置，在破坏性地震主震到来之前的几秒到十几秒内提前发出报警，让人们采取紧急措施；8)、从井口开始注水至监测到接近阈值震级时的地震数据建立数据库，并将该段监测时间按30天为一个时间段分成若干等份，得到若干时间相等的时间段，取每个时间段内监测到震级的平均值和时间段中点值，利用最小二乘法得到震级预测公式：Mest＝pT+q，其中p、q为利用最小二乘法得到的回归常数，并为任意常数，Mest为预测震级，为任意正数，T为地震发生时间，为任意正数，利用该公式，可以预测下一阶段可能的震级。