本發(fā)明涉及一種微震定位方法及裝置，屬于微震監(jiān)測領域，具體是涉及一種減弱依賴初至拾取精度的微震定位方法及裝置。
背景技術：
：隨著微震監(jiān)測技術在石油、煤田領域的不斷推廣應用，微震監(jiān)測涉及的正演、反演等問題得到科研人員的廣泛關注。在微震監(jiān)測方法應用中，微震事件反演定位方法的科學性、穩(wěn)定性，計算精度和效率，始終是微震監(jiān)測方法研究及其工程技術研究所需面對的核心技術問題，尤其是微震事件反演定位的精度，直接決定著微震監(jiān)測技術在實際應用的效果。目前，大多數(shù)定位方法都源于1912年geiger提出的經(jīng)典定位算法，該方法根據(jù)微震信號拾取每個微震事件的走時，再通過求取目標函數(shù)的極小值或者求解方程組，得到震源的時空參數(shù)。該方法的定位精度嚴重依賴于微震走時的拾取精度，拾取的走時精度越高，得到的定位結(jié)果越準確，反之，定位精度降低。在實際的應用過程中發(fā)現(xiàn)，在全自動或者人工拾取初至時，往往會存在個別通道信號由于信噪比較低或者波場不清晰，導致拾取的走時偏差較大、甚至是錯誤的，這樣導致后續(xù)的定位精度會大大降低，甚至定位精度已不能滿足實際應用要求，降低微震成果解釋精度。技術實現(xiàn)要素：本發(fā)明主要是解決現(xiàn)有技術所存在的因走時測量誤差導致的微震定位精度低的技術問題，提供了一種減弱依賴初至拾取精度的微震定位方法及裝置。該方法及裝置在通道中有大多數(shù)通道(至少2/3)初至拾取精度較高的條件下，能夠精確得到微震震源的時空參數(shù)。本發(fā)明的上述技術問題主要是通過下述技術方案得以解決的：一種減弱依賴初至拾取精度的微震定位方法，包括：事件提取步驟，用于根據(jù)先提取出的標準地震子波進行信號相關分析以提取微震事件；走時確定步驟，用于拾取每個通道微震信號p波的微震事件走時；震源定位步驟，用于采用縱波初至定位震源求解下屬目標函數(shù)極小值，解出發(fā)震延遲時刻和震源坐標；迭代求解步驟，用于根據(jù)定位算法修正誤差，迭代求解所述目標函數(shù)的解直到解出最優(yōu)解。優(yōu)選的，上述的一種減弱依賴初至拾取精度的微震定位方法，所述事件提取步驟具體包括以下子步驟：子波提取子步驟，用于從已采集的信號x(t)中選取一個微震事件信號，長度包括從初至起跳開始到震動衰減結(jié)束，設信號為w(t)；信號提取子步驟，用于將抽取的信號w(t)與原始信號x(t)進行互相關得到互相關函數(shù)：其中，n為地震序列長度；通過互相關函數(shù)r(τ)的極值找到原始信號中對應的多個微震事件信號。優(yōu)選的，上述的一種減弱依賴初至拾取精度的微震定位方法，所述震源定位步驟中，縱波走時的計算基于以下公式：其中ti為第i個傳感器的觀測到時，(xi,yi,zi)為第i個傳感器的坐標，(x0,y0,z0)為震源坐標，t0為發(fā)震延遲時刻，v為地震波傳播的平均速度。優(yōu)選的，上述的一種減弱依賴初至拾取精度的微震定位方法，將已有的地球物理參數(shù)作為已知條件和約束條件，求解以下目標函數(shù)的極小值，解出發(fā)震延遲時刻和震源坐標：其中：dk＝|ek-emid|表示第k個臺站的模擬波至時間，表示第k個臺站的觀測波至時間，ek表示第k個臺站的計算誤差，emid表示n個臺站誤差中值，n為臺站個數(shù)，p為范數(shù)。優(yōu)選的，上述的一種減弱依賴初至拾取精度的微震定位方法，所述迭代求解步驟具體包括以下子步驟：步驟5.1，給定網(wǎng)格搜索的空間范圍(xmin，xmax)、(ymin,ymax)、(zmin、zmax)及(t0min,t0max)，給定網(wǎng)格尺寸dx、dy、dz、dt0，并由下式確定網(wǎng)格數(shù)：步驟5.2，遍歷每個網(wǎng)格，按下式求取每個網(wǎng)格節(jié)點的誤差值e:dk＝|ek-emid|表示第k個臺站的模擬波至時間，表示第k個臺站的觀測波至時間，ek表示第k個臺站的計算誤差，emid表示n個臺站誤差中值(中位數(shù))，n為臺站個數(shù)，p為范數(shù)，p取1或2；步驟5.3，求取獲得的nx*nz*nz*nt0個e中的最小誤差e0，e0對應的x0、y0、z0、t0即為最優(yōu)解，即(x0,y0,z0)為震源坐標，t0為發(fā)震延遲時刻。一種減弱依賴初至拾取精度的微震定位裝置，包括：事件提取模塊，用于根據(jù)先提取出的標準地震子波進行信號相關分析以提取微震事件；走時確定模塊，用于拾取每個通道微震信號p波的微震事件走時；震源定位模塊，用于采用縱波初至定位震源求解下屬目標函數(shù)極小值，解出發(fā)震延遲時刻和震源坐標；迭代求解模塊，用于根據(jù)定位算法修正誤差，迭代求解所述目標函數(shù)的解直到解出最優(yōu)解。因此，本發(fā)明具有如下優(yōu)點：在傳統(tǒng)定位最優(yōu)化目標函數(shù)的誤差項中加入了誤差加權(quán)系數(shù)r,使得常規(guī)微震定位方法的定位精度減弱了對初至拾取精度的依賴，通道中只要有2/3的通道走時拾取準確，均能取得較好的定位效果。附圖說明圖1為本發(fā)明的流程圖。圖2是所有初至拾取正確時的定位結(jié)果示意圖。圖3是第2道初至拾取錯誤時使用本發(fā)明處理后的定位結(jié)果示意圖。圖4是第2道初至拾取錯誤時使用本發(fā)明處理的定位結(jié)果。具體實施方式下面通過實施例，并結(jié)合附圖，對本發(fā)明的技術方案作進一步具體的說明。實施例：1、微震事件快速檢測微震監(jiān)測設備長時間、連續(xù)、高密度記錄采集的數(shù)據(jù)，通過事件檢測方法從海量數(shù)據(jù)中快速準確地獲取有效的地震事件來進行微震事件定位；根據(jù)微震信號各通道間具有相似性，可以先提取一個標準的地震子波，然后利用信號相關分析技術，能夠?qū)⒈O(jiān)測到的每個微震事件提取出來。上述的事件檢測方法的具體步驟為：從已采集的信號x(t)中選取一個微震事件信號，長度根據(jù)信號特征而定，一般包括從初至起跳開始到震動衰減結(jié)束，設信號為w(t)；用抽取的w(t)與原始信號x(t)進行互相關，求取互相關函數(shù)：通過互相關函數(shù)r(τ)的多個極值，可以找到原始信號中對應的多個微震事件信號。2、對檢測的微震事件，通過全自動或者人工拾取每個通道微震信號p波的微震事件走時，用于后續(xù)的微震事件定位；(3)基于p波走時的微震震源定位：震源定位主要采用縱波(p波)初至，即每個傳感器接收到的每個震源發(fā)出信號的縱波傳播時間即縱波走時，計算公式如下：其中ti為第i個傳感器的觀測到時，(xi,yi,zi)為第i個傳感器的坐標，(x0,y0,z0)為震源坐標，t0為發(fā)震延遲時刻，v為地震波傳播的平均速度，通過已有的地球物理參數(shù)作為已知條件和約束條件，利用最小二乘原理求解上述方程，即求解下屬目標函數(shù)的極小值，解出的結(jié)果包括發(fā)震延遲時刻和震源坐標。其中：dk＝|ek-emid|表示第k個臺站的模擬波至時間，表示第k個臺站的觀測波至時間，ek表示第k個臺站的計算誤差，emid表示n個臺站誤差中值(中位數(shù))，n為臺站個數(shù)，p為范數(shù)，通常p取1或2。(4)選擇全局網(wǎng)格搜索優(yōu)化算法求解上述最優(yōu)化目標函數(shù)，并按上述目標函數(shù)中的加權(quán)系數(shù)修正誤差，解出最終的最優(yōu)解，從而確定微震震源坐標，實現(xiàn)微震震源定位。具體步驟如下：1)給定網(wǎng)格搜索的空間范圍：(xmin，xmax)、(ymin,ymax)、(zmin、zmax)及(t0min,t0max)；2)給定網(wǎng)格尺寸dx、dy、dz、dt0，并由下式確定網(wǎng)格數(shù)：3)遍歷每個網(wǎng)格，按下式求取每個網(wǎng)格節(jié)點的誤差值e。dk＝|ek-emid|表示第k個臺站的模擬波至時間，表示第k個臺站的觀測波至時間，ek表示第k個臺站的計算誤差，emid表示n個臺站誤差中值(中位數(shù))，n為臺站個數(shù)，p為范數(shù)，通常p取1或2。遍歷完所有節(jié)點共求得nx*nz*nz*nt0個e值；4)求3)中獲得的nx*nz*nz*nt0個e中的最小誤差e0；5)e0對應的x0、y0、z0、t0即為最優(yōu)解，即(x0,y0,z0)為震源坐標，t0為發(fā)震延遲時刻本發(fā)明通過修改傳統(tǒng)定位最優(yōu)化目標函數(shù)中的誤差項，即在傳統(tǒng)定位最優(yōu)化目標函數(shù)的誤差項中加入了誤差加權(quán)系數(shù)r,使得常規(guī)微震定位方法的定位精度減弱了對初至拾取精度的依賴，引入加權(quán)系數(shù)r的具體意義在于：認為上述誤差中值為統(tǒng)計意義下比較穩(wěn)定的、拾取精度較高的微震信號道(實際應用時可采用均值，但存在平均效應)，計算得到的誤差離該中值誤差越遠，加權(quán)系數(shù)越小，反之，計算得到的誤差離該中值誤差越近，加權(quán)系數(shù)越大。如此以來，若存在個別微震信號道拾取誤差較大或者錯誤的情況，計算得到的誤差離該中值誤差較遠，加權(quán)系數(shù)較小，通過乘以一個加權(quán)系數(shù)，將該道的影響大大被削弱。若某道的計算走時和拾取走時相等(dk＝0)，則加權(quán)系數(shù)為1，該道影響值最大。因此，定位精度會顯著提高，大大削弱了定位精度對初至拾取精度的依賴。通過理論數(shù)據(jù)的測試，所有通道中只要有2/3的通道走時拾取準確，均能取得較好的定位效果。從上述最優(yōu)化目標函數(shù)可以看出，傳統(tǒng)定位方法是對誤差的一個簡單累加，當存在個別微震信號道拾取誤差較大或者錯誤的情況，誤差變大，累加后該道誤差貢獻作用被放大，這也是傳統(tǒng)方法定位精度對初至拾取精度的依賴很強的關鍵所在。實施例1：本發(fā)明中所述的定位誤差處理效果實例。如表1所示，若在定位過程中計算得到的5個通道的絕對誤差分別為e(i)＝{0.01、0.02、0.03、0.015、0.1}，從絕對誤差的值可以看出，e(5)＝0.1的通道誤差明顯高于其他通道誤差10個數(shù)量級，可以判斷是由于走時拾取誤差引起的。利用本發(fā)明中誤差處理技術，計算的新誤差e(5)由0.1變?yōu)?.023809524，而其他誤差僅有略微變化，大大降低了e(5)對誤差的貢獻(理論上由于第5道數(shù)據(jù)拾取錯誤，應該不參與計算，即e(5)＝0)，必然會提高定位精度。實施例2：本發(fā)明定位效果實例如圖2-圖3，是對本發(fā)明中所述定位方法與常規(guī)定位方法的對比效果。具體的物理問題描述為：邊長為500的正方體的8個頂點各放置1個傳感器，接收來自正方體中心位置(250,250,250)處的微震震源，很容易判斷，每個傳感器接收的微震信號走時相等。反演問題描述為：根據(jù)上述描述，利用每個傳感器接收的微震信號，反演定位，求取震源的位置。如圖2所示，當拾取走時(黑)都正確時，反演定位結(jié)果為(250,250,250)，返回的走時(灰)與拾取走時吻合，說明反演結(jié)果正確。如圖3所示，當拾取走時中，有一通道拾取走時明顯錯誤時(第2通道)，使用本發(fā)明專利的定位方法計算結(jié)果為(x＝250.0，y＝250.0，z＝250.0)，返回初至(灰)與拾取初至(黑)吻合，說明本專利中所述的定位方法對初至拾取精度的依賴性很低。如圖4所示，當拾取走時中，有一通道拾取走時明顯錯誤時(第2通道)，使用常規(guī)的定位方法計算結(jié)果為(x＝310.2，y＝189.8，z＝183.24)，定位結(jié)果評判為錯誤，返回初至(灰)與拾取初至(黑)不吻合，說明常規(guī)的定位方法的定位精度嚴重依賴于初至拾取精度，僅有1個通道初至拾取錯誤，都會嚴重影響定位結(jié)果。表1微震震源定位誤差處理效果表序號舊誤差誤差中值各誤差距離距離求和加權(quán)系數(shù)新誤差10.010.020.010.1050.9047619050.00904761920.020.0200.1051.00.0230.030.020.010.1050.9047619050.02714285740.0150.020.0050.1050.9523809520.01428571450.10.020.080.1050.2380952380.023809524本文中所描述的具體實施例僅僅是對本發(fā)明精神作舉例說明。本發(fā)明所屬
技術領域：
的技術人員可以對所描述的具體實施例做各種各樣的修改或補充或采用類似的方式替代，但并不會偏離本發(fā)明的精神或者超越所附權(quán)利要求書所定義的范圍。當前第1頁12