基于多分量干涉成像震源定位方法与研究.pdfVIP

中国地球科学联合学术年会 2014 ·1209 · 基于多分量干涉成像的震源定位方法研究 * 李 磊 陈 浩 王秀明 中国科学院声学研究所 超声物理与探测实验室 北京 100190 地震干涉成像是利用相关运算后的地震记录对地下反射体或震源进行成像的一类方法。由于该类方 法在偏移成像前对地震道集记录进行了相关运算，因此也被称作互相关偏移。 随着近年来非常规油气资源的勘探与开发，需要对压裂过程诱导的微地震事件进行定位，来监测压 裂状态、分析裂缝属性以及反演震源机制等。由于微地震信号能量弱，信噪比低，通常不适宜直接拾取 初至，因此传统的基于走时反演的定位方法受到很大限制。 基于多分量地震干涉成像的震源定位方法不需要进行初至拾取，也不需要波场分离，而是直接对原 始多分量地震记录作互相关运算后进行偏移，最后将各分量偏移结果叠加，实现对震源位置的定位。 1. 方法原理 利用地震干涉法对原始地震记录进行互相关计算后，得到反映走时差信息的互相关道集记录。再对 互相关道集乘以包含走时差信息的偏移核函数，最后将所有互相关道集的偏移剖面进行叠加，便得到真 实震源位置的最终成像剖面。基于干涉成像的震源定位公式如下： * 2 * % % % φ A,B d d W ω G A,s G B ,s A B % M x A B m x A B , , , ? ∑∑φ ∑φ τ τ Bx Ax ω , , A B A B % 其中φ A,B 为 A ，B 两道记录互相关的频域表示，W ω 表示震源子波，G 表示 s 处激发的震源在 A ? ?iωτ ?τ m x e Bx Ax φ 或 B 处接收的格林函数，G 表示 G 的共轭。 为偏移核函数， 为 A ，B 两道记录互 相关的时域表示。当x 为真实震源位置时，M x 有最大偏移成像值。 该方法不仅适用于只有纵波或横波的波场，对未进行波场分离的多分量弹性波场也适用。基于单一 波场的互相关记录走时差是唯一的：Δτ t ?t 。由于一般原始记录中既有纵波又有横波，因 AP S BP S 此基于多分量波场的互相关记录反映的走时差信息含四种时差： Δτ ΔtPS +ΔtPP +ΔtSS +ΔtSP tAP ?tBS + tAP ?tBP + tAS ?tBS + tAS ?tBP 式中下标 P ，S 分别表示纵波和横波。ΔtPS ,ΔtSS 和ΔtSP 分别表示 A 道 P 波与 B 道 S 波的到时差、两道 的P 波到时差、两道的 S 波到时差以及 A 道 S 波与 B 道的 P 波的到时差。 2. 模型实验 实验模拟采用二维各向同性水平层状模型，模型大小为 500m*500m，界面深度分别为 100m 和 200m，纵波速度分别为 2000m/s 、2500m/s 和 3000m/s，纵横波速比取 1.67。利用交错网格的有限差分 法模拟地震记录。空间步长为 2.5m，时间步长为 0.5ms，震源采用 60Hz 雷克子波模拟，为垂直方向激 发的集中力源。地面布置 101 个间距为 5m 的检波器。 ·1210 · 中国地球科学联合学术年会 2014 图 1 两次实验的观测示意图 对上述模型进行了两次模拟实验。图 1 为两次实验的观测示意图。实验一：在 250m,150m 位置设 置单个震源。实验二：设置三个强度不同，激发时间依次间隔 10ms，且每个震源均隔 40ms 后二次激 发的震源，其位置分别为 150m,150m ， 300m,150m ， 250m,250m 。 考虑到实际微地震信号信噪比低和地层介质的不均匀性，在地震记录和模拟记录所用的速度模型中 分别加入一定的噪声和误差。加入噪声后地震记录信噪比为 0.01dB，速度误差是以背景速度加入最大 ±5% 的随机扰动。简称该模型为加噪模型。 图2 和图3 分别为对单个震源和三个不同时激发震源应用多分量波场的干涉成像定位方法得到的定 位结果，其中图 a 和 b 分别为对理想模型和加噪模型的定位结果。由于模拟的地震记录在地面接收， 定位的纵向分辨率要低于横向分辨率。对纵向和横向先后采用高斯函数拟合确定震源位置。下表 1 为两 次实验定位结果与真实震源位置的对比。表中最大误差指定位结果与真实震源位置在水平和垂直两个方 向的误差中的较大者，第一个数据为理想模型的最大误差，第二个数据为加噪模型的最大误差。 a 理想模型 b 加噪模型 图2 单个震源的定位结果 a 理想模型 b 加噪模型 图3 三个不同强度不同时刻激发震源的定位结果 中国地球科学联合学术年会 2014