[发明专利]一种基于逆时射线追踪方法的微地震定位技术

摘要

本发明属于油气勘探开发技术领域，公开了一种基于逆时射线追踪算法的微地震定位技术。本发明的具体技术实时方案为：(1)构建三维纵波速度模型；(2)提取初至纵波射线矢量；(3)求解由各检波器逆向传播的纵波射线路径；(4)震源位置计算及选取。本发明方法运算速度快，能较快地确定微地震震源区域，定位效率高，易于判断微地震的空间位置，能较快地确定真实微地震震源。

主权项

1.一种基于逆时射线追踪方法的微地震定位技术，其特征在于，包括以下具体步骤：步骤1，构建三维纵波速度模型：所述三维纵波速度模型包含三维纵波速度分界面、三维纵波速度分界面法线矢量场及层间纵波速度值；其中：所述三维纵波速度分界面是指利用三维曲面函数描述的一组具有不同埋深的起伏速度分界面，所述三维曲面函数的数学表达式为Z＝F(X,Y)，Z为曲面的埋深，X为曲面上点的横坐标，Y为曲面上点的纵坐标；所述三维纵波速度分界面法相矢量场为指示速度界面的起伏形态及纵波速度界面法向矢量的变化情况，其计算方法是通过对三维曲面函数求取X方向及Y方向的二阶偏导数来实现的，所述纵波速度界面法向矢量的计算表达式为：(1)式中n为纵波速度界面法向矢量场，表示三维曲面函数在X方向的偏导数，表示三维曲面函数在Y方向的偏导数，纵波速度界面法向矢量场的Z分量为1；所述层间纵波速度值是指两个相邻但具有不同埋深的三维曲面之间所填充的均一的纵波速度值；步骤2，提取初至纵波射线矢量：根据三分量微地震波形数据，选取初至纵波扫描范围，利用初至纵波射线矢量扫描法提取初至纵波射线矢量，其中，所述三分量微地震波形数据是指可转换为笛卡尔坐标下三个正交坐标轴上分量的地震波形数据，所述三分量微地震波形数据为三分量地表位移记录，所述初至纵波扫描范围指微地震记录中包含初至纵波震相前半周期的三分量微地震波形数据范围，所述初至纵波震相前半周期的三分量微地震波形数据范围指三分量微地震数据中初至纵波震相完整波形的前1/2部分，所述初至纵波扫描范围的微地震数据为三分量微地震波形数据；所述初至纵波射线矢量扫描法是指利用固定时窗长度由初至纵波扫描范围起始位置逐次滑动至终止位置，时窗内的地震数据为三分量微地震数据，扫描时窗中初至纵波射线的平均矢量可根据如下公式计算：(2)式中，Vn表示扫描时窗中初至纵波射线的平均矢量；Aix为扫描时窗中第i个位移记录的X分量，Aiy为扫描时窗中第i个位移记录的Y分量，Aiz为扫描时窗中第i个位移记录的Z分量；根据纵波射线矢量选取规则，选取初至纵波射线矢量，所述纵波射线矢量选取规则包含：一是为时窗内各时刻的射线矢量与时窗内平均射线矢量的夹角达到最小，二是为时窗内平均射线矢量趋于稳定时，该平均射线矢量作为初至纵波射线矢量；所述时窗内各时刻的射线矢量为归一化的射线矢量，其具体表达式为：(3)式中，Vi表示扫描时窗中第i个位移记录的矢量方向；所述初至纵波射线矢量是指初至纵波射线在检波器出射时，其出射方向在地理东向，地理北向及垂直向的投影；步骤3，求解由各检波器逆向传播的纵波射线路径：根据初始条件，基于方向矢量射线追踪方法，反向逆推求解由检波器出射的纵波射线路径，其中，所述初始条件包括射线逆向传播初始矢量与逆向传播时差，所述射线逆向传播初始矢量为空间三维矢量，该矢量与纵波射线出射矢量共线但垂直向分量向下，所述逆向传播时差指各检波器微地震记录中初至纵波震相与最早到达检波器的初至纵波震相的时间差值，各检波器具有的逆向传播时差为常数，最先记录初至纵波震相的检波器的逆向传播时差为0，所述基于方向矢量射线追踪方法指求解纵波射线由初始矢量透射空间三维曲面后所产生透射波的射线矢量，其计算公式为：(4)式中，r1x,r1y,r1z:表示初始射线矢量的分量，其中：r1x表示X向分量，r1y表示Y向分量，r1z表示Z向分量；V1,V2:表示界面两侧的速度，其中：V1,表示入射矢量所在介质的纵波速度，V2:表示透射波射线矢量所在介质的纵波速度；nx,ny,nz,:表示三维曲面函数与纵波射线交点处的法向矢量的分量，其中：nx表示X向分量，ny表示Y向分量，nz表示Z向分量；r2x,r2y,r2z:表示产生的透射波射线矢量的分量，其中：r2x表示X向分量，r2y表示Y向分量，r2z表示Z向分量；P为中间变量；所述反向逆推求解由检波器出射的纵波射线路径，其计算过程为随着逆向传播时间增大，逐步求解纵波射线路径，所述逆向传播时间指纵波射线由检波器出射时传播的总时间长度，该逆向传播时间由逆向传播时差与时间变量组成，各检波器的时间变量相同且由0时刻逐渐增大；步骤4，震源位置计算及选取：根据地震射线间的距离方差，选取射线距离方差最小点所对应的射线中心点作为微地震震源，所述地震射线间的距离方差是指纵波射线终点的中心点与各射线终点间的方差，其计算公式为：(5)式中，D表示方差，Pi表示射线终点的位置，N为所用检波器的数量，所述纵波射线终点指纵波射线在逆向传播时间的约束下，纵波射线末端的位置；所述选取射线距离方差最小点指纵波射线由检波器逆向传播至地球内部时，纵波射线终点方差最小的时刻，所述纵波射线距离方差最小点所对应的射线中心点指纵波射线终点方差最小的时刻所对应的射线中心点，其计算公式为：(6)式中Pc为射线终点的中心点，Pjx为射线终点的X坐标，Pjy为射线重点的Y坐标，Pjz为射线重点的Z坐标，N表示射线终点的数量。