基于三分量的微地震震源反演方法与效果

微地震检测的关键是确定微震源的位置。本文讨论了利用井下多级三分量检波器资料反演微震源位置的新方法。首先用射孔直达纵波水平分量确定检波器的方位角;再在三维空间逐点对检波器组计算直达波旅行时并通过沿直达纵波时距曲线进行能量叠加,反演得到微地震震源位置的分布范围;针对微震源反演存在的多解性问题,利用微地震直达纵波水平检波器分量变换和震—检地理方位角的关系确定微震源的方位角;最后采用两种空间点集的统计方法确定微震源点的位置坐标。在均匀介质、斜井直线观测系统的三分量微地震正演模拟记录上所作的微震源反演试验表明,在信噪比较低的情况下,利用这些方法可以有效与稳定地反演微震源的位置。     

基于跟踪分量扫描的井中微地震定位方法

常规的井中微地震定位方法主要利用的是初至旅行时和偏振信息,如果信噪比较低则方法不再适用。理论研究表明,各检波器X分量和Y分量记录在其水平面内沿着任意方向可合成为一个新的向量,当该向量为质点振动的跟踪分量时,其能量最强且在各检波器间波形一致性最好。根据三分量微地震记录的这一性质,将地面微地震定位常用的叠加能量扫描方法引入井中微地震定位中,将检波器X和Y分量记录在水平面内沿着假想震源与检波器连线方向进行合成,对所有检波器的合成向量经时差校正后进行波形叠加计算能量值E₁,再计算各检波器合成向量的能量值并求和得到能量值E₂,以E₁+E₂作为目标函数,通过网格搜索方法得到累加能量最大的网格即为震源位置。该方法不需要拾取初至信息,通过模型数据和实际资料验证了该方法的定位精度和抗噪能力,可用于信噪比较低的井中微地震事件定位。     

斜井VSP三分量检波器定向方法

 在进行VSP三分量资料采集时，检波器垂直分量的方向一般为铅垂向下，而检波器水平分量的方向一般是随机的，通常利用两个水平分量来计算水平分量方位角和实现水平分量旋转。在斜井中进行VSP三分量资料采集时，如果检波器垂直分量方向沿着井轨迹方向，要获得地震记录的垂直分量、径向分量和切向分量，必须对三个分量进行坐标旋转，此时计算检波器水平分量方位角也需要利用三个分量。本文首先推导出了斜井三分量检波器坐标系与旋转后坐标系之间的关系，得到了斜井VSP三分量旋转公式；然后给出了斜井零井源距、非零井源距VSP检波器水平分量方位角计算方法；最后针对实际斜井零井源距VSP资料和斜井三维VSP资料，计算了检波器水平分量方位角，并进行了三分量旋转定向，结果表明了文中方法的有效性。     

微地震监测中三分量检波器的定位

在进行微地震监测三分量资料采集时,检波器水平分量的方向一般是随机的,检波器垂直分量的方向一般为铅垂向下。在室内资料处理中,通常首先计算水平分量检波器的方位定向,再对水平分量实施方位旋转。在斜井中,如果检波器垂直分量方向沿着井轨迹方向,要获得地震记录的垂直分量、径向分量和切向分量,必须对3个分量进行坐标旋转。研究首先推导出了斜井三分量检波器坐标系与旋转后坐标系之间的关系,然后针对实际微地震监测资料,计算了检波器水平分量方位角,进行了三分量的旋转。     

三分量检波器的矢量保真分析及质量控制方法探讨

常规地震勘探检波器接收的是纵波的信息,只有一个分量,是标量接收系统;三分量检波器接收的是三个分量的信息,是矢量接收系统。矢量接收系统必然存在矢量保真的问题,因此当三分量检波器埋置倾斜或方位存在误差时,将直接影响到采集资料的品质。本文以Vectorseis三分量检波器为例,分析了三分量检波器的矢量保真问题,探讨了野外检波器埋置对矢量保真质量的影响以及控制保真质量的方法。     

剪张源约束下的单井微地震震源机制反演

水力压裂微地震监测数据中包含震源机理信息,可以用于描述裂缝破裂类型及工区应力状态,对压裂效果评价及后续压裂方案制定具有重要指导意义。单井观测系统监测张角小、方位单一,全矩张量反演难以进行。为此,将震源约束为“剪切—张裂”模式,综合利用压裂射孔、测井及定位资料,设计了一种基于三分量微地震记录各道P、S波波形能量和初至极性匹配的目标函数,进行全空间网格搜索的单井微地震震源机制反演方法。合成数据测试结果表明：无噪声条件下,该方法的各参数反演准确率均超过81%,10dB噪声条件下反演准确率也高于51%,且各参数抗噪能力依次为：张裂角 > 倾角 > 走向角 > 滑动角。最后将该方法应用于实际页岩压裂微地震资料,反演结果表明该段压裂的微地震事件主要由岩体受一对力偶或两对大小不同力偶的破裂和滑移形成,且岩石受挤压破裂而形成的闭合型裂缝要多于因扩张破裂形成的张开型裂缝。     

分辨微地震矩张量：合成地震模拟研究

地震矩张量能够对点震源进行一般性的数学描述，而通过这样的数学描述可以区分微地震的不同震源类型。利用井中检波器组合开展了合成地震试验，以了解可靠地估算全矩张量的6个独立分量所需的几何条件。要完全确定这些分量要求采用3分量检波器，同时分析P波和S波，而且检波器组合所对的立体角（Ω）（从震源的方向看）非零。此外，广义逆矩阵的条件数与Ω^-1呈线性关系，这表明矩张量倒数（moment—tensor inversion）的稳定性随立体角增大而增强。在斜井中把检波器放置在靠近震源的位置上，就可以实现这一点。     

黏弹TTI介质旋转交错网格微地震波场模拟

基于Carcione提出的黏弹各向异性一阶速度—应力方程,采用旋转交错网格有限差分正演模拟方法,利用地震矩张量分解方法,将力源转化为速度源,并将其加载到旋转交错网格点上,实现了ISO、DC、CLVD等3种基础震源机制的旋转交错网格微地震震源加载,得到了微地震波场、微地震记录以及震源照明图,并分析了微地震信号的波场特征。结果表明:(1)微地震波场qP波和qSV波的能量相对关系以及qP波初动极性都仅仅受制于震源类型,与储层类型无关,可据此考察震源机制以及反演水力压裂裂缝参数;(2)微地震波场qP波旅行时仅仅受制于储层类型,与震源机制无关,可根据其同相轴曲率预测储层类型及性质;(3)微地震波场能量辐射方式受震源机制及储层类型等因素的影响,且存在较大差异,因此在实际观测系统布设时,要综合多方面先验信息,优选出主能量方位和有效辐射强度,从而设计出合理、高效的观测系统。     

地面微地震资料震源定位的贝叶斯反演方法

针对地面微地震资料信噪比低、初至拾取不准、速度模型难以准确建立等问题,以及地面微地震资料多条测线测量和浅地表地层速度变化复杂特点,研究了地面微地震资料震源定位的贝叶斯反演方法,把所有测线反演结果设定为一个全概率事件,每条测线反演问题设定为一个划分,讨论利用贝叶斯最大后验方法反演震源位置。在反演时浅部采用横向变速模型,中深部采用水平横向均匀速度模型模型。对目标函数的后验概率密度函数、加权函数后验密度函数、速度参数方差的后验概率密度函数进行理论模型拟合,并取拟合后结果作为估计概率密度。采用极快速模拟退火方法加网格法的混合算法作为搜索方法,以网格算法为先导使搜索落入最优解所在的凸区间,再利用极快速模拟退火算法搜索最优解,这样既可以防止算法收敛于局部极值点,又极大地提高了算法的收敛速度。通过理论模型和实际资料验证了该方法的应用效果,即对随机跳动误差较大初至反演能够保证反演结果的精度。     

专题介绍专题介绍:压缩感知在地震数据采集和处理中的作用

正近30年来,地震采集的数据量持续增加。目前,在一艘地震勘探船上部署12条或更多的拖缆、在海底埋置成千上万个检波器或数以万道进行陆上采集已经常态化。数据体已经不仅由检波器密度来定义,而且还由每个位置上所记录的分量数来定义。方位角的覆盖范围已经从窄方位角发展到多方位角,再到全方位角。更多的检波器数量仅仅是数据爆炸的一个方面,在此期间,震源的研究工作也有所发展,采用的方案主要有连续记录和各种同步震源。数据密度和野外工作量均在增加,并且持     

叠前深度偏移速度建模方法分析

基于层位的层析反演和基于网格的层析反演是实际地震资料叠前深度偏移的两种主要速度建模方法。根据歧口凹陷典型地质模型及其正演模拟的地震波场,对两种速度建模方法进行了实验分析。实验结果表明：基于层位的层析反演方法具有较高的稳定性,但只能得到速度模型的低频分量;基于网格的层析反演方法可以获得速度场的高频分量,但受初始模型的影响较大,不容易收敛到实际速度模型。为此联合应用两种方法,即先利用基于层位的层析反演方法获得速度场的低频分量,再利用基于网格的层析反演方法获得速度场的高频分量,这样能够提高速度模型精度,改善叠前深度偏移的成像质量。     

地面微地震有源噪声自动识别与匹配压制方法

微地震监测技术通过对非常规储层压裂改造引发的震源点进行成像,实时提供压裂施工过程中产生的裂隙高度、长度、宽度和方位角等信息,为致密储层压裂提供指导,以提高油气采收率。在地面布设站点进行监测时,因微地震信号传播距离较远、近地表吸收衰减严重、地面有源噪声较多,微地震数据具有信号能量弱、噪声干扰强和信噪比低等特点,严重制约微地震事件的定位精度。噪声源多分布于地表,根据有源噪声与由储层向上传播的微地震事件在能量、频率、传播速度和源位置等方面的差异,本文提出微地震有源噪声自动识别与匹配方法。综合长短时窗能量比与微地震量板方法,自动识别有源噪声干扰,并进行噪声源位置和传播速度的三维最优并行搜索;利用同时确定的最优噪声源位置和传播速度对微地震数据进行动校正处理,得到噪声标准道,通过能量自适应匹配处理压制有源噪声。正演模拟数据和实际微地震数据去噪效果证明,本文方法能有效压制有源噪声,显著提高微地震数据品质,为后续微地震事件精确定位奠定了基础。     

工程院高温高压光纤微地震监测试验取得阶段成果

正2016年2月25日,历时1个月,新疆油田公司工程技术研究院成功完成光纤微地震监测系统在高温高压工况下的室内试验。该项目是工程院与清华大学光纤研究所合作开展的,相比传统电子微地震监测系统的三分量VSP检波器,光纤微地震监测系统的检波器具有灵敏度高、频带宽的优点,可检测到更微小的震源信号,为昌吉致密油     

松辽盆地北部汪家屯气田三分量地震采集方法及效果

在大庆探区，三分量地震资料中最大的干扰波是面波，X分量上的面波比Z分量上的面波强。为了压制面波，常规的作法是用检波器组合来实现，但是对于三分量检波器来说，在其埋置过程中，方位角偏差和倾角偏差都会影响到三分量资料的信噪比。如果采用三分量检波中组合来压制面波，那么则会出现埋置误差增大的问题。从组合原理及三分量埋置误差理论出发，结合大庆地区的实际三分量资料，在理论上分析了三分量检波器组合时，方位角偏差和倾角偏差对所得资料的影响。通过现场实验证明，在三分量勘探中采用较小的组合距多井组合激发，单个三分量检波器接收，既可以压制面波及低频随机干扰，又可以减少三分量检波器的方位角偏差和倾角偏差，提高了三分量资料的信噪比。     

水力压裂微地震震源定位与震源机制联合反演研究

传统地面微地震监测资料处理流程中通常先进行震源定位然后进行震源机制反演,这样做会将震源定位误差引入到震源机制反演中去;而采用同时离散位置与震源机制空间的反演方法由于搜索格点太多而影响计算效率。介绍了一种迭代的震源定位与震源机制联合反演方法,在迭代过程中利用P波初动震源机制反演结果校正定位的目标函数,校正定位后采用P波辐射花样约束反演震源机制。该方法在提高震源定位和震源机制反演精度的同时大大降低了计算量。理论模型和四川盆地某压裂井微地震地面监测应用结果表明,该方法在实际应用中稳定、可靠且高效。     

无电极电火花井中地震震源的野外试验

在Texaco公司的Humble-TX野外试验基地,我们用由七根导线构成的1.2KJ脉冲式无电极电火花井下地震震源获得了地震波,记录时采用了三个井下检波器排列:两个悬挂式液压检波器电缆沿井中放置,离震源井的距离分别为82米和170米。灌注水泥浆的三分量检波器串离震源井110米。通过每5秒一次的激发进行了震源重复性测试,得到了极清楚、极强的雷克子波。尽管衰减程度很高(精确的Q值是未     

两种方法结合实现斜井VSP检波器定向

 本文分析极性平面法、相对角度法两种斜井三分量检波器定向方法,前者利用直达波的偏振特性对检波器定向,后者利用相邻道相关特性对检波器定向。文中对正演模拟的斜井VSP三分量数据和实际斜井三分量数据进行定向,验证了两种方法的可行性及优缺点,指出极性平面法的计算需要拾取直达波的初至时间,工作量大,如果受井源距、激发条件和地层情况影响而造成初至不清晰时,给初至拾取带来困难,而且其实现过程需通过多次坐标转换,旋转角的求取要通过角度扫描实现,相对较复杂;相对角度法的计算过程首先需要知道某个检波器的方位角,再由与其相邻检波器接收信号的相关性计算相邻检波器的方位角,此法递推的过程产生了累计误差,但实施相对简单,不必拾取初至波时间。本文将两种方法合理结合,既减少工作量、提高效率,又能得到可靠的定向结果,为VSP的后续处理提供了可靠的基础数据。     

利用单井微地震波形能量反演震源机制

微地震震源机制包含关于储层以及裂缝特征信息,对于评价水力压裂储层改造效果具有十分重要意义。在单井井中观测条件下,采用传统S/P波振幅比方法求解微地震震源机制,受观测方位角单一、张角有限的影响,效果往往不理想。本文探讨了微地震事件P、S波能量与裂缝破裂面参数之间的联系,发现微地震事件能量对裂缝破裂面参数较敏感。在已知震源位置及标量地震矩的前提下,采用微地震事件P、S波能量作为反演特征参数,利用加权K最近邻算法建立目标函数,反演求解微地震震源机制。模型测试表明,在监测数据不含噪声的情况下,使用该方法反演的震源机制解准确率高达97%;在有噪声情况下,当信噪比较高时,本文方法与S/P波振幅比方法效果相当,当信噪比较低时,本方法反演精度优于S/P波振幅比方法。将该方法应用于实际微地震监测资料,取得了较好的应用效果。     

解域约束下的微地震事件网格搜索法、遗传算法联合反演

网格搜索法具有简单、快速的特点,能够快速确定真解的大概位置,但是真解的确定又易受初至、速度模型等因素的影响,很难掌握。遗传算法对初至的适应程度很高,且全局搜索能力强,但是任意设定搜索范围,则搜索过程会繁琐,费时,且解的可靠性也大大降低。文中针对网格搜索法与遗传算法的上述特点,结合微地震资料的实际情况,在研究利用网格搜索反演方法、遗传算法及解域评价的基础上,提出了解域约束下的微地震事件网格搜索法、遗传算法联合反演方法。讨论了微地震反演中模型建立、初至敏感性、射孔资料等与反演计算相关的问题,提出了解决方案。理论和实际资料对文中反演方法的验证结果表明,无论在精度、速度及稳定性方面,文中方法较单一的搜索法或遗传算法都有明显的改善。     

微地震矩张量反演方法及其应用

微地震资料的解释通常是以微地震事件的空间分布为基础,结合地震、地质等资料对储层改造效果进行定性解释,但难以对岩石破裂属性进行定量分析。本文通过矩张量反演方法试验,模拟数据噪声分析测试了反演方法的适用性和稳定性。以储层改造中微地震监测实际数据为例,通过微地震事件的定位及全矩张量震源参数反演,定量分析了微地震事件的破裂属性(走向角、倾向角、滑动角),破裂类型各向同性(ISO)分量、双力偶(DC)分量和补偿线性偶极子(CLVD)分量;分析人工造缝过程中岩石破裂的震源类型、储层物性和储层改造施工参数之间的关联参数,更合理地提出优化储层改造施工方案。