微地震数值模拟及震源定位方法研究

发布时间：2021-11-03 02:06

　　近年来，微地震监测技术越来越受到重视，被广泛应用于很多领域：如在油田开发中，水力压裂微地震监测技术可以对裂缝性低渗透油气藏进行裂缝动态成像及流体驱动监测，从而可以优化水力压裂设计和井网布置，提高采收率；在矿山开采中，微地震监测技术可以监测矿井突水、冲击地压等，从而对矿井灾害起到防治作用。微地震数据的采集和实时、自动、高精度处理技术是微地震监测技术的核心内容，因此本文从微地震数据正演、预处理、微地震事件的自动识别与波至时间的拾取、高精度震源定位和测网性能评价和优化布置等方面进行了详细研究，具体内容如下：（1）微地震波场正演数值模拟。分别采用逐段迭代射线追踪方法和高阶交错网格有限差分技术对微地震震源激发的地震波场进行了三维三分量弹性波数值模拟。在射线追踪方法中考虑了粘弹介质的地震波传播，引入单程波波场延拓理论计算粘弹介质中的合成记录；在微地震震源分布方面，根据岩石破裂物理模型试验的一种结果，即水力压裂产生的裂缝具有呈细长椭圆形状的自相似扩展特征，建立了微地震震源分布的数学模型，通过调节模型参数可模拟符合裂缝发育特征的不同微地震震源分布形态。（2）微地震数据滤波方法研究。微地震数据道数少，常... 

【文章来源】：西安科技大学陕西省

【文章页数】：160 页

【学位级别】：博士

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摘要
ABSTRACT
1 绪论
    1.1 研究背景及研究意义
        1.1.1 研究背景
        1.1.2 研究意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 微地震数据正演模拟研究现状
        1.2.2 微地震数据滤波及事件自动识别与拾取研究现状
        1.2.3 微地震震源定位研究现状
        1.2.4 微地震震源定位精度及接收点网络布置研究现状
        1.2.5 文献评述
    1.3 研究内容及方法
        1.3.1 研究内容
        1.3.2 研究方法
        1.3.3 技术路线
2 三维微地震数据弹性波正演数值模拟
    2.1 微地震震源分布模拟
        2.1.1 水力压裂裂缝的特征
        2.1.2 水力压裂微地震震源分布模拟
        2.1.3 算例
    2.2 逐段迭代射线追踪正演
        2.2.1 逐段迭代射线追踪
        2.2.2 振幅及相位的计算
        2.2.3 射线追踪具体实现流程
        2.2.4 模型试算
    2.3 交错网格高阶有限差分正演
        2.3.1 波动方程的建立
        2.3.2 一阶速度-应力微分方程
        2.3.3 （2,2N）阶精度交错网格有限差分求解
        2.3.4 边界条件
        2.3.5 程序流程图
        2.3.6 算例
    2.4 本章小结
3 微地震数据滤波及事件的自动识别与拾取
    3.1 微地震数据滤波
        3.1.1 基于 Hankel 矩阵的滤波方法
        3.1.2 Hankel 矩阵的自适应 SVD 滤波
        3.1.3 模型及实际数据验证
    3.2 特征函数
        3.2.1 特征函数
        3.2.2 特征函数的选取
    3.3 微地震事件的识别与拾取
        3.3.1 长短时窗能量比法（STA/LTA）
        3.3.2 前后时窗能量比法（ATA/BTA）
        3.3.3 基于自回归（AR）模型的 Akaike 信息准则（AIC）法
        3.3.4 小波分析法
        3.3.5 偏度与峰度
        3.3.6 波形互相关法
        3.3.7 基于时窗能量比和 AIC 的两步法自动识别与拾取
    3.4 本章小结
4 微地震震源反演定位
    4.1 目标函数
        4.1.1 走时目标函数
        4.1.2 方向目标函数
        4.1.3 矢量目标函数
        4.1.4 能流目标函数
    4.2 基于局部优化理论的微地震震源反演定位方法
        4.2.1 经典 Geiger 定位
        4.2.2 共轭梯度法
        4.2.3 牛顿梯度法
        4.2.4 改进的 Geiger 定位
        4.2.5 模型算例
    4.3 基于全局优化理论的微地震震源反演定位方法
        4.3.1 网格搜索法
        4.3.2 模拟退火法
        4.3.3 逆时成像定位法
        4.3.4 模型算例
    4.4 相对定位方法
        4.4.1 主地震定位法
        4.4.2 双差定位算法
        4.4.3 混合差定位算法
        4.4.4 模型算例
    4.5 本章小结
5 微地震震源定位误差及系统敏感性分析
    5.1 震源定位误差敏感性分析
        5.1.1 误差敏感性度量
        5.1.2 不同观测系统误差敏感性分析
    5.2 震源定位精度分析
        5.2.1 震源定位误差
        5.2.2 D 优化准则
        5.2.3 震源定位精度测试
    5.3 震源定位多解性分析
        5.3.1 概率密度函数（Probability Density Function）
        5.3.2 震源定位多解性分析
        5.3.3 不同观测系统测试
    5.4 最优接收点布置网络的确定
        5.4.1 最优接收点布置网络目标函数的确定
        5.4.2 最优接收点布置网络确定试验
    5.5 本章小结
6 模型数据和实际数据处理
    6.1 模型算例
        6.1.1 微地震震源分布模拟
        6.1.2 最优接收点布置网络的确定
        6.1.3 数值模拟微地震记录
        6.1.4 微地震震源定位
    6.2 地面监测实例
        6.2.1 观测系统布置
        6.2.2 数据预处理
        6.2.3 事件识别与波至时间拾取
        6.2.4 震源定位
    6.3 井间微震监测实例
        6.3.1 观测系统介绍
        6.3.2 微地震数据预处理
        6.3.3 微地震事件识别与波至时间拾取
        6.3.4 微地震震源定位
    6.4 本章小结
7 结论
    7.1 主要结论
    7.2 创新点
    7.3 展望
致谢
参考文献
攻读学位期间取得的研究成果


【参考文献】：
期刊论文
[1]Hankel矩阵滤波在微地震数据处理中的应用[J]. 张唤兰,朱光明,王保利.  煤田地质与勘探. 2014(01)
[2]基于时窗能量比和AIC的两步法微震初至自动拾取[J]. 张唤兰,朱光明,王云宏.  物探与化探. 2013(02)
[3]浅层折射波勘探中初至自动拾取新算法[J]. 徐钰,曾维辉,宋建国,徐维秀,陈楠.  石油地球物理勘探. 2012(02)
[4]基于走时拟合的微震源定位及拾震器布阵研究[J]. 王健,曾晓献,李振峰,于聪.  吉林大学学报(信息科学版). 2012(02)
[5]联合小波变换与偏振分析自动拾取微地震P波到时[J]. 吴治涛,骆循,李仕雄.  地球物理学进展. 2012(01)
[6]提高煤矿微震定位精度的台网优化布置算法[J]. 巩思园,窦林名,马小平,牟宗龙,陆菜平.  岩石力学与工程学报. 2012(01)
[7]提高微地震资料信噪比的频率域极化滤波[J]. 宋维琪,吕世超,郭晓中,刘彦明.  石油物探. 2011(04)
[8]解域约束下的微地震事件网格搜索法、遗传算法联合反演[J]. 宋维琪,杨晓东.  石油地球物理勘探. 2011(02)
[9]基于小波分解与Akaike信息准则的微地震初至拾取方法[J]. 宋维琪,吕世超.  石油物探. 2011(01)
[10]矿山地震监测台站的空间分布研究与应用[J]. 贾宝新,李国臻.  煤炭学报. 2010(12)

硕士论文
[1]水力压裂井间微地震震源定位方法研究[D]. 董蕊静.长安大学 2013
[2]基于射线追踪的微地震模型多波场正演模拟[D]. 刘军.中国石油大学 2009



本文编号：3472830