[发明专利]一种基于槽波频散特征的微地震震源定位方法

说明书

本发明涉及一种震源定位方法，属于地球物理勘探技术领域，具体是涉及一种基于槽波频散特征的微地震震源定位方法。本发明通过二维的频散谱的互相关对震源位置进行定位，相比常规震源扫描采用的一维时间域波形互相关，具有更好的抗噪能力；并且，本发明无需求取波速模型，仅依据正确的震源位置计算得到的各道f‑v谱具有一致性这一假设，来达到精确定位的目的。

技术领域

本发明涉及一种震源定位方法，属于地球物理勘探技术领域，具体是涉及一种基于槽波频散特征的微地震震源定位方法。

背景技术

煤田中开采活动导致岩石压力产生变化，引起局部区域的岩石变形及破裂，与之伴随会释放瞬态弹性波，称为微地震。当地应力出现突变时，极易诱发冲击地压、瓦斯突出等动力灾害。为了减少此类动力灾害的发生、提高煤矿生产效率，提前对其进行预测预报显得尤为重要。微地震监测技术凭借施工简便、观测范围大、成本较低的优势，在动力灾害预测中有着较为广泛的应用。

微地震震源定位是微地震监测技术的核心部分，微震监测系统能否发挥作用取决于震源定位是否准确。目前常用的微震定位方法有很多种，经典的如Geiger提出的将非线性方程线性化，再通过最小二乘原理求解目标函数的最小值，得到震源点的位置。随着70年代计算机的兴起，Geiger的思想得到发展并广泛应用，由此发展起来了各种微震源定位方法。主事件定位法通过计算目标事件与选定的主事件之间的相对信息，对目标事件进行定位，然而这种方法难以定位空间跨度较大的微震事件。为此，Waldhauser提出了双差定位法，将两个观测时间之差与两个震源距离联系起来，通过高精度事件推算低精度事件，减少了介质干扰及噪声干扰引起的误差。Tian等又在双差定位法的基础上提出了交差双差定位法，分别利用两个事件的纵波和横波到时对二者之间的交叉旅行时差进行反演，得到微震事件的绝对位置及相对位置。为了解决非线性问题线性化后带来的局部极值问题，开始发展起来了非线性的定位方法，主要包含两类，一类是启发式反演定位法，如模拟退火法、粒子群优化算法等，另一类是非启发式反演定位法，如梯度下降法、Powell法等。同时，为了弥补不同方法的缺点并利用其优点，出现了将两种或两种以上的定位方法结合起来的混合优化算法，如线性定位与Geiger定位相结合的定位方法利用线性定位无需迭代、计算快速的特点，将其解作为Geiger定位非线性方程的初始解，从而加快了迭代法的收敛速度，并使定位精度得到了较大的提高。

上述基于走时的射线追踪定位方法多以走时作为反演基础，通过拾取P波和S波的初至，求取与初至时间对应的空间位置，对震源点进行定位。然而，煤矿井下工作环境复杂，得到的微震资料信噪比较低，初至时间的拾取较为困难，使得震源定位精度不足。此外，由基于走时的反演方法求解时，需已知波速模型或需对波速模型一起求解，而波速模型难以确定，由此影响定位算法的稳定性及精度。

此后，微震源定位在不断优化和改进下发展出了基于波形的偏移定位法，此类方法无需拾取初至，而是借鉴地震数据处理中的偏移成像思想，采用绕射叠加或Kirchoff叠加将理论走时对应的波形能量聚焦于空间网格，最终获得的能量最强的网格点即为震源位置。代表性的方法如震源扫描法(Kao，2004)，以及利用地震干涉成像的思想，通过多波场和多分量微地震数据对震源进行定位的加权干涉成像定位法(Li，2015)等。此外还有一些从计算波速模型出发，相比常规简化波速模型更符合微震信号在实际地层中传播的波速模型法，该方法以求解理论模型到时与实际到时残差最小为目标，计算过程采用具有全局寻优特性的遗传算法，不断降低震源定位误差(巩思园等，2012)。上述方法对于高信噪比微地震资料有着较好的应用效果，且具有较高的稳定性。然而，对于信噪比较低，同时对计算效率有较高要求的井下微震数据，应用现有微震源定位方法时存在局限性。震源扫描法在增强微震信号的同时，也会增强噪声，导致定位误差增大；而在震源扫描法的基础上，一些提高抗噪性的手段，如震源位置、激发时刻和震源机制联合扫描，干涉成像，计算波速模型等，又会增加运算时间，难以满足煤矿开采动力灾害实时预测预警的安全需求。

因此，对现有技术中的微地震震源定位方法进行改进，以提高定位的准确性并且减少运算时间及开销是当前迫切需要解决的技术问题。