[发明专利]一种微地震双力偶震源的加载方法

说明书

技术领域

本发明属于地震勘探基础应用领域，具体涉及一种微地震双力偶震源的加载方法，通过模拟结果来认识微地震压裂波场特征和微地震震源形成机理，最终给微地震震源的反演问题提供技术指导。

背景技术

微地震监测技术通过对储层压裂引发的微地震震源成像可以显示压裂裂隙的延伸方向、高度、长度、不对称性等属性，有助于帮助油藏开发人员监测压裂施工效果，优化压裂施工设计、调整开发及注水井网部署，微地震监测技术是非常规油气资源特别是页岩气开发的关键技术之一。

对于微地震震源机理的研究经历了很长的时间，1923年日本一名学者首先提出了震源的单力偶力系，即在地震瞬间，震源处突然作用一个力偶，使断层两盘发生相对运动，扰动周围介质，辐射出地震波，用作用于震源处的一些集中力系来解释震源辐射地震波的特征。此后，日本另一位学者又提出双力偶力系，若在一个小的平面断层上发生一个突然的纯剪切错动，则会产生地震波辐射，这样的剪切错动震源产生的远场地震波与在震源处突然有一个双力偶的作用产生的地震波相同，由于地震学的震源理论与事实证明双力偶力系比较接近实际，因此现在比较常用的震源模型为双力偶力系点源模型。

为了监测水力压裂和弄清楚与地下介质有关的地震响应，通过加载双力偶源进行正演模拟生成合成数据来验证野外地震数据和在油藏范围内监测流体过程，运用模拟结果来分析不同双力偶源参数对应的波场特征，为后续的微地震震源机制解(运用实际资料反演地层压裂产状：震源等级，走向倾角(δ)和滑动角(λ))提供理论指导，因此实现基于波动方程有限差分数值模拟的微地震双力偶源的加载非常有意义。

发明内容

本发明的目的在于解决上述现有技术中存在的难题，提供一种微地震双力偶震源的加载方法，针对微地震特殊的震源机制，运用波动方程有限差分数值模拟技术，实现双力偶震源的加载，并且给出模拟结果，在此基础上，进行不同双力偶源参数的数值模拟，统计其对应的波场特征，为实际资料微地震震源机制解(震源等级，走向倾角(δ)和滑动角(λ))提供理论指导，震源参数的确定就可以确定裂缝的走向和方位，进一步可以确定压裂的有效体积，最终达到完成产量的评估作用。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种微地震双力偶震源的加载方法，基于波动方程有限差分数值模拟实现微地震双力偶源的加载；

所述方法包括：

(1)确定断层面参数：走向Φ、倾角δ和滑动角λ；

(2)根据所述断层面参数建立地震矩张量；

(3)由所述地震矩张量的各个元素值获得双力偶源的加载方式；

(4)通过集中力组合加载方式完成双力偶源的加载；

(5)完成双力偶源波场模拟。

所述步骤(1)中，走向Φ是由正北至断层线顺时针量取的角度(左脚在下盘，右脚在上盘)，范围为0°至360°；倾角δ是断层面与地平面间的夹角，范围为0°至90°；滑动角λ是以断层走向为基础，向上为正，向下为负，范围为-180°至+180°。

所述步骤(2)是这样实现的：

地震矩张量为3×3形式的矩阵，共有9个元素，表示如下：

其中，M_ij表示一个力偶，M₁₁表示作用于1轴、平行于1轴的力偶；M₁₂表示作用于2轴、平行于1轴的力偶；M₁₃表示作用于3轴、平行于1轴的力偶；其他元素以此类推；

所述地震矩张量与断层面参数的表达式如下：

M₁₁＝-M₀(sinδcosλsin2φ+sin2δsinλsin²φ)

M₂₂＝M₀(sinδcosλsin2φ-sin2δsinλcos²φ)

M₃₃＝M₀sin 2δsinλ＝-(M₁₁+M2₂)

M₁₃＝-M₀(cosδcosλcosφ+cos2δsinλsinφ)

M₂₃＝-M₀(cosδcosλsinφ-cos2δsinλcosφ)

其中，M₀表示地震力矩。

由于具有对称性(满足角动量守恒)，因此只需这6个独立矩张量。