,根據(jù)地面各檢波器的水平坐標(biāo)計(jì)算各檢波器相對(duì)于水力壓裂裂縫震源 的方位角。
[0057] 具體地，可以采用以下計(jì)算公式來(lái)計(jì)算上述的方位角：
[0058]
[0059] 其中，GX、GY和SX、SY分別為檢波器和水力壓裂裂縫震源點(diǎn)的水平坐標(biāo)。例如，若 震源和檢波器的水平坐標(biāo)分別為（〇,〇)和（1〇〇，1〇〇)，則該檢波器相對(duì)于震源的方位角為 45。。
[0060] 圖5顯示了檢波器與震源在大地坐標(biāo)上的分布圖，其中橫坐標(biāo)表示緯度方向坐標(biāo) 值，縱坐標(biāo)表示經(jīng)度方向坐標(biāo)值，圖中"· "表示觀測(cè)點(diǎn)（檢波器位置" "表示震源位置。
[0061] 在圖5中，將正北方向設(shè)定為檢波器相對(duì)于震源的方位角為0°，按順時(shí)針方向旋 轉(zhuǎn)，方位角呈逐漸增大趨勢(shì)，方位角范圍可以為[0°，360° )。
[0062] 步驟S120,利用壓裂井的聲波時(shí)差測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)建立水平層狀速度模型。
[0063] 需要說明的是，由于地面微地震監(jiān)測(cè)的范圍通常在幾公里的范圍內(nèi)，本實(shí)施例優(yōu) 選地不考慮地層速度模型的橫向變化。利用壓裂井的聲波時(shí)差測(cè)井資料計(jì)算水平層狀速度 模型，這樣得到的速度模型可以比較準(zhǔn)確地反映井口周圍地層的速度變化情況。
[0064] 具體地，在該步驟中，利用聲波時(shí)差與聲波速度的轉(zhuǎn)換關(guān)系來(lái)建立水平層狀速度 模型。聲波時(shí)差與聲波速度的換算關(guān)系為：\ = i XlO6，其中Vp為聲波速度，單位為米/ 秒，At為聲波時(shí)差，單位為微秒/米。
[0065] 圖6A為壓裂井的聲波時(shí)差測(cè)井的曲線圖。通過對(duì)這些壓裂井的聲波時(shí)差測(cè)井資 料進(jìn)行計(jì)算得到如圖6B所示的地層速度模型。
[0066] 步驟S130,在由聲波時(shí)差測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)得到的水平層狀速度模型、對(duì)前期微地震資料 處理得到的微地震事件的震源定位結(jié)果以及檢波器坐標(biāo)位置基礎(chǔ)之上，利用射線追蹤方 法，計(jì)算得到每個(gè)檢波器相對(duì)于震源對(duì)應(yīng)的離源角。
[0067] 以圖7為例，利用水平層狀介質(zhì)中的射線追蹤方法，計(jì)算出一個(gè)檢波器與震源之 間的射線路徑（圖中I1、12、I3所示），進(jìn)而得到該檢波器相對(duì)于震源的離源角，即I 3的射線 方向與垂直方向之間夾角β。
[0068] 步驟S140,將各記錄道的P波震相疊加得到標(biāo)準(zhǔn)道，根據(jù)各記錄道與標(biāo)準(zhǔn)道的相 關(guān)系數(shù)確定P波初動(dòng)的極性，其中，相關(guān)系數(shù)大于〇記為正極性，相關(guān)系數(shù)小于〇記為負(fù)極 性。
[0069] 旦俅他·相羊系救R的i+笪公式為：
[0070]
[0071] 其中，η為記錄的采樣點(diǎn)數(shù)，X1和yi分別為記錄道和標(biāo)準(zhǔn)道在第i個(gè)采樣點(diǎn)的值， 無(wú)和J分別為記錄道和標(biāo)準(zhǔn)道所有樣點(diǎn)值的平均值。
[0072] 通過利用建立標(biāo)準(zhǔn)道的方法來(lái)獲取P波初動(dòng)的極性，能夠大幅提高P波初動(dòng)極性 拾取的效率，同時(shí)又在一定程度上保證了拾取結(jié)果的準(zhǔn)確性。
[0073] 這是因?yàn)?，地面微地震監(jiān)測(cè)往往持續(xù)數(shù)個(gè)小時(shí)，得到的數(shù)據(jù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于天然地震 的數(shù)據(jù)量，也就是說P波震相的數(shù)量也遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于天然地震監(jiān)測(cè)資料中P波震相的數(shù)量，所以 人工拾取P波初動(dòng)極性方法的效率太低。
[0074] 步驟S150,以所得到的各檢波器的方位角和離源角、以及P波初動(dòng)極性作為輸入， 采用格點(diǎn)搜索的方法，對(duì)斷層的三個(gè)空間參數(shù)（方位角Φ，傾角S，滑動(dòng)角λ)進(jìn)行全空間 搜索，得到最小矛盾符號(hào)比對(duì)應(yīng)的斷層的節(jié)面解（斷層面和輔助面）。
[0075] 具體地，矛盾符號(hào)比定義為：
[0076]
[0077] Ψ可以看成是任一斷層參數(shù)組合（Φ, δ，λ )的函數(shù)：Ψ = f((J)，δ, λ)。這一 步驟的目標(biāo)就是求解出一組特定的（Φ，S，λ)使Ψ達(dá)到最小。
[0078] 圖8為一斷層模型。其中，Φ為斷層的方位角（定義為斷層走向與正北方向的夾 角），為斷層的傾角（定義為斷層面與水平方向之間的夾角），λ為斷層的滑動(dòng)角（定義為 斷層上盤相對(duì)于下盤的滑動(dòng)方向與斷層走向之間的夾角）。
[0079] 為了進(jìn)一步說明上述反演方法的可行性，選取了中國(guó)某地區(qū)的一口壓裂井的地面 微地震監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)該方法進(jìn)行了測(cè)試。
[0080] 圖9為從監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)中所選取的一個(gè)微地震事件。通過使用本實(shí)施例的反演方法， 反演得到該微地震事件的震源機(jī)制解。
[0081] 圖10為與該震源機(jī)制解對(duì)應(yīng)的震源球表示圖，從圖中可以看出，對(duì)于節(jié)面1 :方 位角=-0.4°，傾角=70. 5°，滑動(dòng)角=116.8° ;對(duì)于節(jié)面2:方位角=122.9°，傾角= 32. 7°，滑動(dòng)角=38. 0°。
[0082] 綜上所述，本發(fā)明提出了一種利用P波初動(dòng)信息對(duì)水力壓裂裂縫震源機(jī)制進(jìn)行反 演的方法，根據(jù)本發(fā)明所建立的地層速度模型和所拾取的P波初動(dòng)極性，建立了一套高效、 實(shí)用的利用P波初動(dòng)信息進(jìn)行水力壓裂裂縫震源機(jī)制反演的處理流程。
[0083] 第二實(shí)施例
[0084] 圖11是根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的水力壓裂裂縫震源機(jī)制的反演系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意 圖。下面參考圖11來(lái)詳細(xì)說明該系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能。
[0085] 如圖11所示，該系統(tǒng)包括方位角計(jì)算模塊111、模型建立模塊112、離源角計(jì)算模 塊113、ρ波初動(dòng)極性確定模塊114和節(jié)面解計(jì)算模塊115。上述這五個(gè)模塊分別執(zhí)行第一 實(shí)施例中的步驟S110、步驟S120、步驟S130、步驟S140以及步驟S150,在此不再贅述。 [0086] 以上所述，僅為本發(fā)明較佳的【具體實(shí)施方式】，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此， 任何熟悉該技術(shù)的人員在本發(fā)明所公開的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵 蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種水力壓裂裂縫震源機(jī)制的反演方法，該方法包括： 步驟一，根據(jù)地面各檢波器的水平坐標(biāo)計(jì)算各檢波器相對(duì)于水力壓裂裂縫震源的方位 角； 步驟二，利用壓裂井的聲波時(shí)差測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)建立水平層狀速度模型； 步驟三，在由聲波時(shí)差測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)得到的水平層狀速度模型、對(duì)前期微地震資料處理得 到的微地震事件的震源定位結(jié)果以及檢波器坐標(biāo)位置的基礎(chǔ)之上，利用射線追蹤方法，計(jì) 算得到每個(gè)檢波器相對(duì)于震源的離源角； 步驟四，將各記錄道的P波震相疊加得到標(biāo)準(zhǔn)道，根據(jù)各記錄道與標(biāo)準(zhǔn)道的相關(guān)系數(shù) 確定P波初動(dòng)的極性； 步驟五，以所得到的各檢波器的方位角和離源角、以及P波初動(dòng)極性作為輸入，采用格 點(diǎn)搜索的方法，對(duì)斷層的三個(gè)空間參數(shù)進(jìn)行全空間搜索，得到最小矛盾符號(hào)比對(duì)應(yīng)的斷層 的節(jié)面解，其中，這三個(gè)空間參數(shù)包括方位角、傾角和滑動(dòng)角。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的反演方法，其特征在于，在所述步驟一中，利用以下公式來(lái)計(jì) 算各檢波器相對(duì)于水力壓裂裂縫震源的方位角e:其中，GX、GY為檢波器的水平坐標(biāo)，SX、SY為水力壓裂裂縫震源的水平坐標(biāo)。3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的反演方法，其特征在于，在所述步驟二中， 利用聲波時(shí)差與聲波速度的轉(zhuǎn)換關(guān)系來(lái)建立水平層狀速度模型，其中，聲波時(shí)差與聲 波速度的換算關(guān)系為：其中，vp為聲波速度，At為聲波時(shí)差。4. 根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的反演方法，其特征在于，在所述步驟四中，利用 如下公式來(lái)計(jì)算各記錄道與標(biāo)準(zhǔn)道的相關(guān)系數(shù)R:其中，n為記錄的采樣點(diǎn)數(shù)，Xl和yi分別為記錄道和標(biāo)準(zhǔn)道在第i個(gè)采樣點(diǎn)的值，I和 7分別為記錄道和標(biāo)準(zhǔn)道所有樣點(diǎn)值的平均值； 在相關(guān)系數(shù)大于〇時(shí)確定P波初動(dòng)的極性為正極性，在相關(guān)系數(shù)小于〇時(shí)確定P波初 動(dòng)的極性為負(fù)極性。5. 根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的反演方法，其特征在于， 所述矛盾符號(hào)比定義為：屯是任一斷層參數(shù)組合(>，S，A)的函數(shù)：W=f(<J)，S，入）。6. -種水力壓裂裂縫震源機(jī)制的反演系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括： 方位角計(jì)算模塊，其根據(jù)地面各檢波器的水平坐標(biāo)計(jì)算各檢波器相對(duì)于水力壓裂裂縫 震源的方位角； 模型建立模塊，其利用壓裂井的聲波時(shí)差測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)建立水平層狀速度模型； 離源角計(jì)算模塊，其在由聲波時(shí)差測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)得到的水平層狀速度模型、對(duì)前期微地震 資料處理得到的微地震事件的震源定位結(jié)果以及檢波器坐標(biāo)位置的基礎(chǔ)之上，利用射線追 蹤方法，計(jì)算得到每個(gè)檢波器相對(duì)于震源的離源角； P波初動(dòng)極性確定模塊，其將各記錄道的P波震相疊加得到標(biāo)準(zhǔn)道，根據(jù)各記錄道與標(biāo) 準(zhǔn)道的相關(guān)系數(shù)確定P波初動(dòng)的極性； 節(jié)面解計(jì)算模塊，其以所得到的各檢波器的方位角和離源角、以及P波初動(dòng)極性作為 輸入，采用格點(diǎn)搜索的方法，對(duì)斷層的三個(gè)空間參數(shù)進(jìn)行全空間搜索，得到最小矛盾符號(hào)比 對(duì)應(yīng)的斷層的節(jié)面解，其中，這三個(gè)空間參數(shù)包括方位角、傾角和滑動(dòng)角。7. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的反演系統(tǒng)，其特征在于，所述方位角計(jì)算模塊利用以下公式 來(lái)計(jì)算各檢波器相對(duì)于水力壓裂裂縫震源的方位角e:其中，GX、GY為檢波器的水平坐標(biāo)，SX、SY為水力壓裂裂縫震源的水平坐標(biāo)。8. 根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的反演系統(tǒng)，其特征在于， 所述模型建立模塊利用聲波時(shí)差與聲波速度的轉(zhuǎn)換關(guān)系來(lái)建立水平層狀速度模型，其 中，聲波時(shí)差與聲波速度的換算關(guān)系為：其中，vp為聲波速度，At為聲波時(shí)差。9. 根據(jù)權(quán)利要求6至8中任一項(xiàng)所述的反演系統(tǒng)，其特征在于，所述P波初動(dòng)極性確定 模塊利用如下公式來(lái)計(jì)算各記錄道與標(biāo)準(zhǔn)道的相關(guān)系數(shù)R:其中，n為記錄的采樣點(diǎn)數(shù)，Xl和yi分別為記錄道和標(biāo)準(zhǔn)道在第i個(gè)采樣點(diǎn)的值，￥和 歹分別為記錄道和標(biāo)準(zhǔn)道所有樣點(diǎn)值的平均值； 在相關(guān)系數(shù)大于〇時(shí)確定P波初動(dòng)的極性為正極性，在相關(guān)系數(shù)小于〇時(shí)確定P波初 動(dòng)的極性為負(fù)極性。10. 根據(jù)權(quán)利要求6至9中任一項(xiàng)所述的反演系統(tǒng)，其特征在于， 所述矛盾符號(hào)比定義為：屯是任一斷層參數(shù)組合(>，S，A)的函數(shù)：W=f(<J)，S，入）。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種水力壓裂裂縫震源機(jī)制的反演方法及系統(tǒng)，該方法包括：根據(jù)地面各檢波器的水平坐標(biāo)計(jì)算各檢波器相對(duì)于水力壓裂裂縫震源的方位角；利用壓裂井的聲波時(shí)差測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)建立水平層狀速度模型；在水平層狀速度模型、對(duì)前期微地震資料處理得到的微地震事件的震源定位結(jié)果以及檢波器坐標(biāo)位置的基礎(chǔ)上，計(jì)算得到每個(gè)檢波器相對(duì)于震源的離源角；根據(jù)各記錄道與標(biāo)準(zhǔn)道的相關(guān)系數(shù)確定P波初動(dòng)的極性；以所得到的各檢波器的方位角和離源角、以及P波初動(dòng)極性作為輸入，得到最小矛盾符號(hào)比對(duì)應(yīng)的斷層的節(jié)面解。本發(fā)明建立了一套高效、實(shí)用的利用P波初動(dòng)信息進(jìn)行水力壓裂裂縫震源機(jī)制反演的處理流程。
【IPC分類】G01V1/28, G01V1/40
【公開號(hào)】CN105093274
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410190562
【發(fā)明人】楊心超, 朱海波, 郭全仕
【申請(qǐng)人】中國(guó)石油化工股份有限公司, 中國(guó)石油化工股份有限公司石油物探技術(shù)研究院
【公開日】2015年11月25日
【申請(qǐng)日】2014年5月7日