微地震初至的高精度拾取方法
【專利摘要】本發(fā)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(qiáng)微地震資料的信噪比；根據(jù)當(dāng)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(guān)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(jù)射孔資料、實(shí)際事件資料以上約束條件的變化規(guī)律，采用統(tǒng)計(jì)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(shí)初至的時(shí)空變化特征，利用固定大時(shí)窗和滑動(dòng)小時(shí)窗內(nèi)走時(shí)初至點(diǎn)能量、視速度、相關(guān)性信息的變化規(guī)律，采用多次迭代的方法，進(jìn)行微地震事件初至的自動(dòng)拾取。不同地區(qū)實(shí)際資料的應(yīng)用效果表明，本發(fā)明微地震初至自動(dòng)拾取方法不但適應(yīng)性強(qiáng)，而且結(jié)果可靠。
【專利說明】微地震初至的高精度拾取方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)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(shù)】
[0002]目前，地震信號(hào)初至自動(dòng)拾取或震相識(shí)別方法主要有能量比法、AIC算法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法、分形分維法、極化分析法以及卡爾曼估計(jì)等幾種，其中能量比法、AIC算法和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法最為常用。
[0003]能量比法是最為快捷、最為廣泛應(yīng)用的一種自動(dòng)拾取方法。Kannasewich于1981年提出設(shè)計(jì)計(jì)算地震數(shù)據(jù)的絕對(duì)值、能量或包絡(luò)面的長時(shí)窗(LTA)與短時(shí)窗(STA)作為識(shí)別有效事件的特征函數(shù)，這種方法通過計(jì)算長短時(shí)窗的比值，而認(rèn)為出現(xiàn)地震信號(hào)是這個(gè)比值會(huì)大于預(yù)先設(shè)定的門限。目前這種長短時(shí)窗比法已成為各個(gè)微地震監(jiān)測公司最為常用的方法。不過這種方法有其缺陷:受短時(shí)窗的影響不能準(zhǔn)確拾取初至；難以在高振幅噪聲中分辨出有用地震信號(hào)。在天然地震觀測中的初動(dòng)識(shí)別，劉希強(qiáng)等以能量比法為基礎(chǔ)結(jié)合信號(hào)的多種特點(diǎn)設(shè)計(jì)了應(yīng)用單臺(tái)垂向記錄進(jìn)行區(qū)域地震事件實(shí)時(shí)檢測的方法。在地震勘探中，左國平(2004)、張偉(2009)等人根據(jù)實(shí)際情況改進(jìn)能量比法進(jìn)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(lǐng)域的微地震監(jiān)測，并對(duì)不同窗口長度的能量比特征進(jìn)行了分析研究。
[0004]AIC (Akaike information criterion,赤池信息準(zhǔn)則)算法是基于自回歸(autoregressivhAR)模型假設(shè)的一種算法，在地震監(jiān)測中常用于信號(hào)識(shí)別，這種方法的最基本假設(shè)是噪聲與地震信號(hào)都可以用不同的自回歸模型表示出來，而且模型的階數(shù)互不相同。它最早根據(jù)這個(gè)基本假設(shè)設(shè)計(jì)為AR-AIC準(zhǔn)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(jù)Maeda (1985)年設(shè)計(jì)的AIC算法，這種方法直接利用信號(hào)的協(xié)方差計(jì)算AIC的值，避免了 AR-AIC法需要迭代計(jì)算自回歸模型階數(shù)而帶來的大計(jì)算量，而這種算法的具體推導(dǎo)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(jìn)行初至拾取。王海軍等(2003)通過對(duì)低信噪比的地震數(shù)據(jù)研究發(fā)現(xiàn)在噪聲較強(qiáng)的情況下認(rèn)為AIC值的最低點(diǎn)為初至點(diǎn)并不準(zhǔn)確，而AIC曲線的拐點(diǎn)通常對(duì)應(yīng)著信號(hào)的初至，并且設(shè)計(jì)了對(duì)AIC曲線進(jìn)行校正的方法。劉希強(qiáng)等(2009)利用三階累計(jì)量代替Maeda算法中的二階累積量也就是協(xié)方差來設(shè)計(jì)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(shù)據(jù)段中是否真的存在一個(gè)地震或微地震有效事件，總會(huì)在數(shù)據(jù)段中找到一個(gè)AIC的最小值，這使得無法單一利用AIC算法進(jìn)行有效事件的初至拾取。
[0005]還有人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、分形維數(shù)理論技術(shù)也被引用到初至拾取方面中來。
[0006]然而，微地震信號(hào)不同于一般反射地震信號(hào)，其特點(diǎn)是有用信號(hào)弱，波場復(fù)雜，震相類型多。因此，上述現(xiàn)有的地震信號(hào)自動(dòng)拾取方法對(duì)于微地震信號(hào)的初至拾取都存在著精度較低的問題。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0007]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是常規(guī)地震信號(hào)自動(dòng)拾取方法缺點(diǎn)的問題。
[0008]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)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(qiáng)微地震資料的信噪比；
[0010]步驟20:根據(jù)當(dāng)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(jù)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(shù)。
[0014]步驟30:在振幅和視速度約束下，圍繞微發(fā)震事件走時(shí)初至的時(shí)空變化特征，利用固定大時(shí)窗和滑動(dòng)小時(shí)窗內(nèi)走時(shí)初至點(diǎn)能量信息的變化規(guī)律，采用多次迭代的方法，實(shí)現(xiàn)微地震事件初至的自動(dòng)拾取。
[0015]在上述方法中，步驟10包括以下步驟:
[0016]步驟11:計(jì)算獲得每一道微地震記錄不同滑動(dòng)時(shí)窗的微地震資料高階矩能量比值:
【權(quán)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(qiáng)微地震資料的信噪比； 步驟20:根據(jù)當(dāng)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(jù)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(shù)。 步驟30:在振幅和視速度約束下，圍繞微地震事件走時(shí)初至的時(shí)空變化特征，利用固定大時(shí)窗和滑動(dòng)小時(shí)窗內(nèi)走時(shí)初至點(diǎn)能量信息的變化規(guī)律，采用多次迭代的方法，實(shí)現(xiàn)微地震事件初至的自動(dòng)拾取。
2.如權(quán)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(jì)算獲得每一道微地震記錄不同滑動(dòng)時(shí)窗的微地震資料高階矩能量比值:
3.如權(quán)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(duì)應(yīng)的時(shí)間位置，然后計(jì)算道間時(shí)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(shí)間位置，作為初始初至拾取結(jié)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(jì)算尋找滑動(dòng)時(shí)窗內(nèi)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(nèi)，每一道拾取了多個(gè)初至點(diǎn)位置，在這多個(gè)初至位置點(diǎn)中再求振幅最大值、次最大值等對(duì)應(yīng)初至點(diǎn)作為更新的初至點(diǎn)，依次循環(huán)迭代，在滿足視速度條件下，當(dāng)最大值或次最大值對(duì)應(yīng)的初至道數(shù)最大時(shí)，作為迭代終止條件，最終找到真實(shí)的初至點(diǎn)位置； 步驟34、最后再對(duì)拾取的微地震有用事件初至曲線進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化處理。
【文檔編號(hào)】G01V1/28GK103837891SQ201410116064
【公開日】2014年6月4日 申請(qǐng)日期:2014年3月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月26日
【發(fā)明者】宋維琪 申請(qǐng)人:宋維琪
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