一種微地震震源位置和速度模型同時反演方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于微震監(jiān)測中震源定位領(lǐng)域，具體涉及一種微地震震源位置和速度模型 同時反演方法，利用微地震事件走時信息同時反演震源位置和速度模型。
【背景技術(shù)】
[0002] 微地震監(jiān)測技術(shù)是20世紀(jì)90年代發(fā)展和活躍起來的一項(xiàng)新的非常規(guī)技術(shù)，它可 以應(yīng)用于油氣藏開發(fā)、礦山監(jiān)測、地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測等諸多領(lǐng)域。微地震監(jiān)測中震源的位置、發(fā) 震時刻、震源強(qiáng)度和速度模型都是未知的，確定這些參數(shù)是微地震監(jiān)測的首要任務(wù)。
[0003] 微地震定位時，由于震源位置和速度模型都是未知量，兩者稱合在一起。微地震檢 測時事件的定位精度很大程度取決于速度模型的精度。常規(guī)的定位方法都是利用基于測井 資料且經(jīng)過射孔校正后的一維速度模型來進(jìn)行定位。當(dāng)?shù)叵滤俣饶Ｐ痛嬖跈M向變速時基于 一維速度模型的定位精度就會降低，因此就需要對震源位置和速度模型同時進(jìn)行反演。
[0004] Thuber (1983,1992)提出局部地震層析方法，該方法利用局部子空間反演技術(shù)將 震源參數(shù)和速度參數(shù)分離，從而實(shí)現(xiàn)同時反演三維速度模型和震源位置。國內(nèi)外地震學(xué)家 將其廣泛應(yīng)用到地震定位和速度反演中。
[0005] Zhang (2003)在雙差定位法（Waldhauser 和 Fllsworth，2000)基礎(chǔ)上發(fā)展出了雙 差層析方法，該有效地吸取了雙差定位的優(yōu)勢且兼顧反演速度。zhang方法的反演效果要優(yōu) 于局部地震層析方法。
[0006] 但是，Zhang (2003)的方法在構(gòu)造層析方程時射線路徑在淺層基本重合，不利于淺 層速度反演。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的在于解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的難題，提供一種微地震震源位置和 速度模型同時反演方法，引入檢波器雙差層析方程，聯(lián)合普通層析方程、震源雙差層析方 程，三者構(gòu)建聯(lián)合層析方程。與zhang的雙差層析算法相比，將有利于改善淺層速度反演精 度，可以進(jìn)一步提高微地震反演速度模型的精度以及定位精度。
[0008] 本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：
[0009] -種微地震震源位置和速度模型同時反演方法，包括：
[0010] ⑴，拾取微地震事件的初至?xí)r間；
[0011] (2)，利用聲波測井資料，構(gòu)建初始速度模型，然后獲取微地震事件的初始震源位 置和發(fā)震時刻；
[0012] (3)，基于兩點(diǎn)射線追蹤計算微地震事件的理論走時，構(gòu)建聯(lián)合層析方程組；
[0013] (4)，求解所述聯(lián)合層析方程組，計算出參數(shù)更新量δυ、Λχ和Λ τ ;
[0014] (5)，判斷是否滿足終止條件，如果是，則轉(zhuǎn)入步驟（6)，如果否，則利用所述參數(shù)更 新量對速度模型、震源位置和發(fā)震時刻進(jìn)行更新，然后返回步驟（3);
[0015] (6)，輸出最終的速度模型、震源位置和發(fā)震時刻。
[0016] 所述步驟（3)是這樣實(shí)現(xiàn)的：
[0017] 建立聯(lián)合層析方程組，包括普通層析方程、震源雙差層析方程和檢波器雙差層析 方程，其中普通層析方程如公式（2)所示：
[0019] 其中，g為微地震事件i到接收點(diǎn)k的計算旅行時和拾取旅行時之間的殘差；δ U 為慢度模型更新量；Ατ? ' ' Δ*〗分別為微地震事件i震源位置X、y、ζ方向的更新量； Λ τ 1為微地震事件i的發(fā)震時刻更新量；震源偏導(dǎo)數(shù)沒為震源處的慢度向量，為：
[0021] 所述震源雙差層析方程如公式（4)所示：
[0023] 其中，<分別為微地震事件i、j到接收點(diǎn)k的計算旅行時和拾取旅行時之間 的殘差；△ τ ]為微地震事件j的發(fā)震時刻更新量為震源雙差時間，是記錄兩個事件的 同一檢波的旅行時殘差之差：
[0025] 所述檢波器雙差層析方程如公式（6)所示：
[0027] 其中，命:為檢波器雙差時間，記錄同一事件的兩個檢波器的旅行時殘差之差：
[0029] 所述步驟（4)中是利用阻尼LSQR方法求解所述聯(lián)合層析方程組。
[0030] 所述步驟（5)中利用所述參數(shù)更新量對速度模型、震源位置和發(fā)震時刻進(jìn)行更新 是這樣實(shí)現(xiàn)的：
[0031] 將步驟（2)中的參數(shù)分別加上步驟（4)得到的與其對應(yīng)的更新量SU、Λχ和 Δ τ 0
[0032] 所述步驟（5)中的終止條件如下：
[0033] 平均旅行時殘差，即r/' r/絕對值算術(shù)平均值小于某一常數(shù)或參數(shù)更新量小于 某一常數(shù)。即分別給這四個參數(shù)設(shè)置閥值，這四個常數(shù)為人為給定的很小的量，如可以用 0.00001。
[0034] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：
[0035] 1)，反演穩(wěn)定性更強(qiáng)。
[0036] 2)，與傳統(tǒng)雙差定位方法相比，微地震震源定位精度高；
[0037] 3)，與雙差層析方法相比，反演結(jié)果有利于改善淺層速度反演精度。
【附圖說明】
[0038] 圖la雙差層析定位結(jié)果中的XY視圖
[0039] 圖lb雙差層析定位結(jié)果中的XZ視圖
[0040] 圖lc雙差層析定位結(jié)果中的YZ視圖
[0041] 圖2a本方法定位結(jié)果中的XY視圖
[0042] 圖2b本方法定位結(jié)果中的XZ視圖
[0043] 圖2c本方法定位結(jié)果中的YZ視圖
[0044] 圖3準(zhǔn)確速度模型（深度400m)
[0045] 圖4雙差層析反演速度模型（深度400m)
[0046] 圖5本方法反演速度模型（深度400m)
[0047] 圖6本方法的步驟框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0048] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述：
[0049] 聯(lián)合層析方程方程組
[0050] 1)普通層析方程：微地震事件i到接收點(diǎn)k的實(shí)際觀測旅行時
[0052] 其中，u為慢度場（速度的倒數(shù)），τ 1為發(fā)震時亥IJ。微地震定位時，震源坐標(biāo)（Xl， x2, x3)、發(fā)震時刻和慢度場都是未知的參數(shù)。
[0053] 檢波器接收到的到達(dá)時(P波或者S波），利用試驗(yàn)的震源位置，發(fā)震時刻和初 始速度模型（先驗(yàn)信息）來計算理論到達(dá)時?廣"，兩者旅行時的殘差為<
[0054] 計算旅行時和觀測旅行時殘差￥可以用震源和速度模型的擾動線性近似為
[0056] 其中，震源偏導(dǎo)數(shù)0巧/_為震源處的慢度向量，為
[0058] 2)震源雙差層析方程：對于相同檢波器k，接收到不同的微地震事件i，j，旅行時 殘差的差，可以得到如下方程（Zhang，2003)
[0060] 其中，#f_為震