[发明专利]一种解耦波场微地震逆时干涉定位方法

说明书

本发明公开了一种解耦波场微地震逆时干涉定位方法，本发明在波场逆时延拓时，针对每一个时间步长，进行了各向异性介质中波场的解耦，采用解耦波场的自相关和互相关作为成像条件，进行逆时干涉定位，增加了逆时干涉定位图像在各向异性介质中的聚焦性、压制了成像假象，从而提高了定位精度；本发明将各向异性介质的逆时传播的波场在每个时间步长进行解耦，利用解耦的P波波场和S波波场的互相关成像条件进行逆时干涉定位，不仅能够得到震源位置，还能得到震源能量的辐射花瓣图案，从而能够定性判断震源辐射特性，为震源机制的反演奠定了基础。

技术领域

本发明涉及一种微地震定位方法，具体涉及一种解耦波场微地震逆时干涉定位方法，属于微地震监测技术领域。

背景技术

微地震监测技术近年来被广泛地应用于致密油气藏的水力压裂监测、矿山岩爆监测、二氧化碳地质封存监测和常规油气田注采诱发地震监测。尤其在致密油气藏的开发中，微地震水力压裂监测是唯一能够对诱导裂缝的几何形状进行成像的远场技术。通过实时微地震监测震源的时间和空间分布，可估算诱导裂缝的几何产状、地应力的变化和裂缝网格的连通性，以此可来估测压裂井的最优射孔区间和储层改造体积，从而达到优化压裂工程的目的。

震源定位是微地震监测的核心技术，震源定位的结果直接影响反演诱导裂缝的空间展布、时域分布及震源机制的精度。常规的震源定位方法需要拾取准确的初至，通过射线追踪最小化理论与拾取初至之差来获取震源的位置。然而，实际采集的微地震数据普遍包含强噪声干扰，所以难以拾取准确可靠的初至，从而降低了这类方法的精度和可靠性。

近年来，适用于低信噪比数据的逆时干涉定位法(TRI)成为了新的研究热点。逆时干涉定位法基于弹性波动方程，无需拾取震相走时，同时利用微地震波场的运动学和动力学特征，使逆时传播的波场能量在真实震源处干涉叠加至最大值，避免了人工拾取初至所引入的定位误差。波场互易原理和波动方程在非耗散介质中的时不变性是逆时干涉定位法的前提。逆时干涉定位法借鉴逆时偏移原理，以实际采集的波形作为震源子波逆时加载在各个接收器(检波器)，通过有限差分或相移等数值方法进行波场的逆时延拓，重构逆时传播的波场，再施加一定的成像条件即可获得震源的位置和起震时刻。

以二维弹性波方程为例，逆时传播的波场可表示为：

其中，d为实际观测到的波形数据，T为记录时间总长，x，z为空间坐标，λ和μ为拉梅系数，ρ为介质密度，u为逆时外推的波场，震源的位置(x₀，z₀)和起震时刻t₀可由下式得出：

(x₀,z₀,t₀)＝max[u(x,z,t)]

为了得到完整的震源信息，逆时加载的波形应包含整个有效事件。接收器布置在地表(z＝0)不同时刻的逆时波场快照如图1(a)、图1(b)和图1(c)所示。当波场传播到震源的起震时刻(t＝0ms)时，波场能量会聚焦到真实的震源位置。受实际采集条件的限制，震源附近完整的采样信息难以得到，导致逆时定位的最终结果为一个椭圆而非一个点。这个椭圆的半轴长给出了逆时干涉定位的精度，提供了评价逆时干涉定位结果的依据。

然而，微地震逆时干涉定位法目前还未得到大规模的商业化应用，究其原因主要是：弹性波场在复杂的地下介质中逆时传播时，在时间和空间域互相干涉，导致逆时干涉定位能量难以聚焦，且存在较强的成像假象。

虽然国内外学者针对逆时干涉定位法进行了诸多改进，例如：

(1)Artman(2010年)针对各向同性介质，采用Helmholtz分解，实现了二维各向同性介质的P波和S波解耦，用解耦后的波场进行自相关和互相关，从而获取更准确的定位结果。然而，实际地层(尤其是页岩)常常是各向异性的，无法采用简单的Helmholtz分解来进行波场分离。