微地震初至的高精度拾取方法
【專利摘要】本發明公開了一種微地震初至高精度拾取方法，包括以下步驟：利用高階矩方法增強微地震資料的信噪比；根據當前微地震波是否存在滿足以下全部約束條件：振幅大小及空間相關性、同相軸視速度大小和偏振特征，判斷該微地震波是否為微地震波初至；根據射孔資料、實際事件資料以上約束條件的變化規律，采用統計分析方法，確定約束條件的門檻值；在振幅和視速度約束下，圍繞微地震事件走時初至的時空變化特征，利用固定大時窗和滑動小時窗內走時初至點能量、視速度、相關性信息的變化規律，采用多次迭代的方法，進行微地震事件初至的自動拾取。不同地區實際資料的應用效果表明，本發明微地震初至自動拾取方法不但適應性強，而且結果可靠。
【專利說明】微地震初至的高精度拾取方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及微地震高精度初至拾取方法，具體涉及微地震初至的高精度拾取方法。
【背景技術】
[0002]目前，地震信號初至自動拾取或震相識別方法主要有能量比法、AIC算法、神經網絡法、分形分維法、極化分析法以及卡爾曼估計等幾種，其中能量比法、AIC算法和神經網絡法最為常用。
[0003]能量比法是最為快捷、最為廣泛應用的一種自動拾取方法。Kannasewich于1981年提出設計計算地震數據的絕對值、能量或包絡面的長時窗(LTA)與短時窗(STA)作為識別有效事件的特征函數，這種方法通過計算長短時窗的比值，而認為出現地震信號是這個比值會大于預先設定的門限。目前這種長短時窗比法已成為各個微地震監測公司最為常用的方法。不過這種方法有其缺陷:受短時窗的影響不能準確拾取初至；難以在高振幅噪聲中分辨出有用地震信號。在天然地震觀測中的初動識別，劉希強等以能量比法為基礎結合信號的多種特點設計了應用單臺垂向記錄進行區域地震事件實時檢測的方法。在地震勘探中，左國平(2004)、張偉(2009)等人根據實際情況改進能量比法進行地震波初至的拾取，葉根喜(2008 )將能量比法用于礦山安全領域的微地震監測，并對不同窗口長度的能量比特征進行了分析研究。
[0004]AIC (Akaike information criterion,赤池信息準則)算法是基于自回歸(autoregressivhAR)模型假設的一種算法，在地震監測中常用于信號識別，這種方法的最基本假設是噪聲與地震信號都可以用不同的自回歸模型表示出來，而且模型的階數互不相同。它最早根據這個基本假設設計為AR-AIC準則在天然地震中用于P、S波初至的拾取。目前的利用都是根據Maeda (1985)年設計的AIC算法，這種方法直接利用信號的協方差計算AIC的值，避免了 AR-AIC法需要迭代計算自回歸模型階數而帶來的大計算量，而這種算法的具體推導過程至今仍未公布。我國在天然地震觀測中也常用AIC算法進行初至拾取。王海軍等(2003)通過對低信噪比的地震數據研究發現在噪聲較強的情況下認為AIC值的最低點為初至點并不準確，而AIC曲線的拐點通常對應著信號的初至，并且設計了對AIC曲線進行校正的方法。劉希強等(2009)利用三階累計量代替Maeda算法中的二階累積量也就是協方差來設計新的AIC算法，在低信噪比的情況下仍能保持較高精度。但是，AIC法的主要缺陷在于無論所選的數據段中是否真的存在一個地震或微地震有效事件，總會在數據段中找到一個AIC的最小值，這使得無法單一利用AIC算法進行有效事件的初至拾取。
[0005]還有人工神經網絡、分形維數理論技術也被引用到初至拾取方面中來。
[0006]然而，微地震信號不同于一般反射地震信號，其特點是有用信號弱，波場復雜，震相類型多。因此，上述現有的地震信號自動拾取方法對于微地震信號的初至拾取都存在著精度較低的問題。
【發明內容】
[0007]本發明所要解決的技術問題是常規地震信號自動拾取方法缺點的問題。
[0008]為了解決上述技術問題，本發明所采用的技術方案是提供一種微地震高精度初至拾取方法，包括以下步驟:
[0009]步驟10:利用高階矩方法增強微地震資料的信噪比；
[0010]步驟20:根據當前微地震波x(k)是否存在滿足以下全部約束條件，判斷該微地震波X(k)是否為微地震初至，所述約束條件包括以下三種:
[0011](l)x(k) > e, e為每一道地震記錄的均值；
[0012](2) C1Xma < x(k) < C2Xma, ma為每一道地震記錄的最大值；
[0013]Oa1Xk < |x(k+l)_x(k) I < a2Xk,k表示根據射孔或其它視速度資料得到的斜率，C1, C2 ；&1) a2分別振幅和斜率的門檻值范圍系數。
[0014]步驟30:在振幅和視速度約束下，圍繞微發震事件走時初至的時空變化特征，利用固定大時窗和滑動小時窗內走時初至點能量信息的變化規律，采用多次迭代的方法，實現微地震事件初至的自動拾取。
[0015]在上述方法中，步驟10包括以下步驟:
[0016]步驟11:計算獲得每一道微地震記錄不同滑動時窗的微地震資料高階矩能量比值:
【權利要求】
1.微地震初至的高精度拾取方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟10:利用高階矩方法增強微地震資料的信噪比； 步驟20:根據當前微地震波x(k)是否存在滿足以下全部約束條件，判斷該微地震波x(k)是否為微地震初至，所述約束條件包括以下三種: (1)x(k)> e, e為每一道微地震記錄的均值； (2)C1 Xma < |x(k)| < C2Xma, ma為每一道地震記錄的最大值； (3)B1Xk < |x(k+l)-x(k) I < a2Xk, k表示根據射孔或其它視速度資料得到的斜率，C1, C2 ；&1) a2分別振幅和斜率的門檻值范圍系數。 步驟30:在振幅和視速度約束下，圍繞微地震事件走時初至的時空變化特征，利用固定大時窗和滑動小時窗內走時初至點能量信息的變化規律，采用多次迭代的方法，實現微地震事件初至的自動拾取。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟10包括以下步驟: 步驟11:計算獲得每一道微地震記錄不同滑動時窗的微地震資料高階矩能量比值:
3.如權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟30包括以下步驟: 步驟31、求每一道地震記錄的振幅最大值對應的時間位置，然后計算道間時間差滿足視速度變化約束條件下所有道振幅最大值的平均值，并把該平均值作為振幅門檻值，拾取保留滿足給定振幅門檻值記錄道的時間位置，作為初始初至拾取結果； 步驟32、求得微地震記錄所有道振幅最大值的平均值作為新的振幅門檻值，計算尋找滑動時窗內滿足該振幅門檻值的初至位置； 步驟33、在給定的門限范圍內，每一道拾取了多個初至點位置，在這多個初至位置點中再求振幅最大值、次最大值等對應初至點作為更新的初至點，依次循環迭代，在滿足視速度條件下，當最大值或次最大值對應的初至道數最大時，作為迭代終止條件，最終找到真實的初至點位置； 步驟34、最后再對拾取的微地震有用事件初至曲線進行進一步的優化處理。
【文檔編號】G01V1/28GK103837891SQ201410116064
【公開日】2014年6月4日 申請日期:2014年3月26日 優先權日:2014年3月26日
【發明者】宋維琪 申請人:宋維琪
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