[发明专利]基于网格搜索和牛顿迭代的微震震源定位联合反演方法

说明书

技术领域

本发明是一种基于最优化理论的微地震定位反演方法。 

背景技术

微震是地震等级大于一级并且小于三级的地震，这样小的等级地震人们不易觉察到，只能用仪器监测。但是即使是很微小的地下震动，也会给地下的介质产生相应的激励，这样的激励可能改变地下介质的力学状态。比如，微震直接或者额间接的在很大程度上增加了矿井顶底板的破裂或者是瓦斯突出的概率。这样的微震给人们的生产生活带来极大的安全隐患。 

现如今，随着微地震监测技术的提高，已被广泛运用在工程领域中。在煤矿系统中，人们利用微震监测技术来判断地下介质的破裂情况，从而减少不必要的人员伤亡，和一系列不必要的财产损失，节约成本。在工程物探领域，人们可以利用微地震进行桩基检测，对建筑物的桩基进行质量检验，判断桩基内是否有裂缝。 

目前，反演定位的方法多种多样，在非线性反演中，有利用几何性质，通过导数求得结果的梯度法，牛顿法，共轭梯度法等。也有在全局随机搜索结果的蒙特卡罗法，还有通过自然规律进行的启发式的算法，如模拟退火法，遗传算法等等。 

这些算法都能在一定程度上有效的解决微地震反演的定位问题。但是，这些算法有存在着一些局限性，那就是对于初始值的给定有着极大的依赖，如果初始值的选取，在算法所能承受的范围之内，那么都过一系列的迭代，理论值会最终收敛在真实值的附近，但是如果初始值与真实值的偏差太大，这会给收敛的过程带来一定的影响，有时甚至决定最终的结果是否正确。 

所以，本算法的目的在于当对于牛顿法反演之前，通过网格搜索的方法，先给出地震源的大致位置，这样就会使得初始值与真实值的偏差不会太大，那么既能够得到真实的发震位置，又能进一步的提高微震反演的速度。 

发明内容

本发明是为了解决当前的反演算法对于初始值过度依赖而且加快反演速度的一种算法。 

基于网格搜索的牛顿反演定位方法的基本实现步骤如下： 

网格搜索部分 

步骤一：对于实行微地震观测的区域，在三维空间中，进行网格体的划分，确定每一 个维度的坐标值的值域，以及划分的格数。 

步骤二：建立代价函数t(x)。 

步骤三：将每一个网格上的点的坐标，代入到目标函数中去，得到相对应的目标函数值。 

步骤四：将每个点所对应目标函数的值代入到卡方分布的概率密度函数中，得到每个点对应的卡方分布密度函数值，并以此值作为权重。 

步骤五：得到每一个坐标点所对应的权重之后，将每一个维度的坐标进行加权求和。最终得到发震地点的大致位置x^(k)。 

牛顿法部分 

步骤六：令目标函数f(x)为在x^(k)位置上进行二阶Taylor级数展开。 

步骤七：对于目标函数进行了二级近似后，对新的目标函数求一次导数。 

步骤八：得到迭代公式，求得结果。 

进一步地，在所述步骤一中，对所述网格体的划分包括：先对划定的区域进行网格的划分，区域的大小，网格的大小，从而划分的点的个数，依据需要进行相应的设置。

进一步地，所述步骤二中，通过发震地点、储层速度，即地震波旅行时的函数关系来确定所述代价函数的建立，具体形式为: