專利名稱：一種微地震信號到時自動拾取的方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及微地震信號采集領(lǐng)域，尤其涉及一種微地震信號到時自動拾取的方法及裝置。
背景技術(shù)：
近年來美國大規(guī)模的頁巖氣開采引發(fā)了各國對頁巖氣資源的關(guān)注。我國致密砂巖油氣藏和頁巖氣藏資源豐富，在松遼、鄂爾多斯、四川及南方諸多盆地均有分布，這些致密砂巖油氣藏和頁巖氣藏的天然氣資源將成為我國重要的能源支柱。對致密砂巖油氣藏和頁巖氣藏主要采用水平井分段水力壓裂技術(shù)方式開采，但水力壓裂使地層形成新的裂縫，產(chǎn)生微震。監(jiān)測微地震的分布和特征可為水力壓裂設(shè)計和壓裂效果的監(jiān)測提供依據(jù)，提高開米效益。微地震記錄的特點是頻率高、信噪比低，因此微地震事件的自動識別和初至到時 拾取對實現(xiàn)海量微地震數(shù)據(jù)的自動處理有重要意義。對于天然地震事件，已提出了多種自動識別方法。這些方法主要根據(jù)在地震記錄中地震事件到達前后質(zhì)點振動性質(zhì)差別構(gòu)建特征函數(shù)加以判斷。例如，根據(jù)在時間域能量和能量變化構(gòu)建特征函數(shù)提出的長短時均值比方法(STA/LTA法)；根據(jù)在時間-頻率域能量變化提出的頻譜比方法；根據(jù)地震信號到達前后地震波形數(shù)據(jù)統(tǒng)計性質(zhì)的差別提出的AIC方法，還有基于地震波形偏斜度和峭度的PAISK方法；以及分形分維方法等。與天然地震的記錄相比，微震的震級更小，通常在I級以下，而且信噪比更低。因此在致密砂巖油氣藏和頁巖氣藏的開采中，如何對微地震進行到時自動拾取地震信號尤為重要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種微地震信號到時自動拾取的方法及裝置，解決了在致密砂巖油氣藏和頁巖氣藏的開采中，如何對微地震進行到時自動拾取地震信號的問題。為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種微地震信號到時自動拾取的方法，包括獲取地震波的N個樣點，通過得到的第i個樣點前M個地震波形數(shù)據(jù)計算第i個樣點處的峭度Ki，其中N、M、i為自然數(shù)；設(shè)置得到的第i個樣點處的峭度Ki作為特征函數(shù)Ei,通過特征函數(shù)Ei的長短時均值比判斷微地震信號的初至位置，其中，短時均值函數(shù)為a i=(l_C3) · α卜1+(3 · Ei ;長時均值函數(shù)為β i=(l-C4) · β ,^+C4 · Ei ;若地震信號的位置滿足下列條件，則判定該位置為微地震信號的初至位置I) a j ^ T1 · ^JaiSr2;2)滿足條件I的位置記為η,由位置η向時間減小方向進行搜索Ki的數(shù)值,直到Ki ( Kh ；其中，C3為短時均值的權(quán)系數(shù)、C4為長時均值的權(quán)系數(shù)J1為長短時均值比閥值，r2為峭度短時均值的閥值。本發(fā)明還提供了一種微地震信號到時自動拾取的裝置，包括獲取地震波形峭度模塊，用于獲取地震波的N個樣點，通過得到的第i個樣點前M個地震波形數(shù)據(jù)計算第i個樣點處的峭度Ki，其中N、M、i為自然數(shù)；及判斷初至位置模塊，用于設(shè)置得到的第i個樣點處的峭度Ki作為特征函數(shù)Ei,通過特征函數(shù)Ei的長短時均值比判斷微地震信號的初至位置，其中，短時均值函數(shù)為a J=(I-C3) · α η+C3 · Ei ;長時均值函數(shù)為β F(I-C4) · β ^+C4 · Ei ;若地震信號的位置滿足下列條件，則判定該位置為微地震信號的初至位置I) a j ^ T1 · β i 且 CtiSr2;2)滿足條件I的位置記為n，由位置η向時間減小方向進行搜索Ki的數(shù)值，直到Ki ( Kh ； 其中，C3為短時均值的權(quán)系數(shù)、C4為長時均值的權(quán)系數(shù)J1為長短時均值比閥值，r2為峭度短時均值的閥值；及存儲模塊，用于存儲數(shù)據(jù)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，應(yīng)用本發(fā)明，減少了系統(tǒng)的重復計算，將計算量減少為O(N)，意味著是與N成正比，極大地提高了計算效率，解決了當前傳統(tǒng)的基于地震波形峭度和偏斜度的檢測方法存在運算量過大導致效率低的問題。與原PAISK方法相比，本發(fā)明的到時拾取準確率提高約10個百分點，與傳統(tǒng)的STA / LTA方法相比，準確率提高約5個百分點。


圖I是一地震記錄的波形和峭度、以及峭度的長短時均值曲線的示意圖；圖2是圖I的初至附近的局部放大圖；圖3是本發(fā)明的微地震信號到時自動拾取的方法的流程圖；圖4是本發(fā)明的微地震信號到時自動拾取的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式本發(fā)明的方法在具體實現(xiàn)中要通過系統(tǒng)中各設(shè)備之間信息交互來進行信息和/或數(shù)據(jù)的收集，并通過其內(nèi)的控制器(可以是CPU等進行控制處理信息和/或數(shù)據(jù)，本發(fā)明對此不作任何限定)，其間還可以通過各種存儲器(可以是內(nèi)存、硬盤或其他存儲設(shè)備)進行信息和/或數(shù)據(jù)的儲存和傳送，本發(fā)明對此不作任何限定。下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作進一步說明。傳統(tǒng)的PAISK方法，即基于地震波形峭度和偏斜度的拾取初至方法，其中，對于一個有限長度的離散實數(shù)序列{xj ,其偏斜度S (skewness)和峭度K(kurtosis)定義為
「π ν ΣΓι(Χ「無)4 IK 二 ^tl-1--3
(Μ-1)·σ;⑴
權(quán)利要求
1.一種微地震信號到時自動拾取的方法，其特征在于，包括 獲取地震波的N個樣點，通過得到的第i個樣點前M個地震波形數(shù)據(jù)計算第i個樣點處的峭度Ki，其中N、M、i為自然數(shù)； 設(shè)置得到的第i個樣點處的峭度Ki作為特征函數(shù)Ei,通過特征函數(shù)Ei的長短時均值比判斷微地震信號的初至位置，其中，短時均值函數(shù)為a ,= (I-C3) · a i_1+C3 · Ei ;長時均值函數(shù)為β i=(l-C4) · β ^!+C4 · Ei ;若地震信號的位置滿足下列條件，則判定該位置為微地震信號的初至位置1)a j ^ T1 · β i 且 CtiSr2; 2)滿足條件I的位置記為n，由位置η向時間減小方向進行搜索Ki的數(shù)值，直到Ki ( Kh ； 其中，C3為短時均值的權(quán)系數(shù)、C4為長時均值的權(quán)系數(shù)&為長短時均值比閥值，r2為峭度短時均值的閥值。
2.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于， 所述獲取地震波的N個樣點，通過得到的第i個樣點前M個地震波形數(shù)據(jù)計算第i個樣點處的峭度Ki的步驟，包括 獲取地震波的N個樣點的離散序列IxJ，當前時窗長度為M ； 計算當前時窗長度為M的時窗內(nèi)樣點的算術(shù)和、平方和、立方和、4次方和；將時窗向前移動一個樣點，計算新時窗內(nèi)樣點的各值，是在上一個時窗的值基礎(chǔ)上，減去上一個時窗第I個樣點的值，并加上當前時窗最后一個樣點的值，依次類推，得到第i個樣點處的峭度Ki。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于， 所述計算當前時窗長度為M的時窗內(nèi)樣點的算術(shù)和、平方和、立方和、4次方和；將時窗向前移動一個樣點，計算新時窗內(nèi)樣點的各值，是在上一個時窗的值基礎(chǔ)上，減去上一個時窗第I個樣點的值，并加上當前時窗最后一個樣點的值，依次類推，得到第i個樣點處的峭度&的步驟，包括 計算當前時窗長度為M的時窗內(nèi)樣點的算術(shù)和、平方和、立方和、4次方和，其中，將當前時窗長度為M的時窗內(nèi)離散序列的算術(shù)和、平方和、立方和、4次方和分別記為sm .1=1，2，3，4,公式如下所示
4.一種微地震信號到時自動拾取的裝置，其特征在于，包括 獲取地震波形峭度模塊，用于獲取地震波的N個樣點，通過得到的第i個樣點前M個地震波形數(shù)據(jù)計算第i個樣點處的峭度Ki，其中N、M、i為自然數(shù)；及 判斷初至位置模塊，用于設(shè)置得到的第i個樣點處的峭度Ki作為特征函數(shù)Ei，通過特征函數(shù)Ei的長短時均值比判斷微地震信號的初至位置，其中，短時均值函數(shù)為a J=(I-C3) · α η+C3 · Ei ;長時均值函數(shù)為β F(I-C4) · β ^+C4 · Ei ;若地震信號的位置滿足下列條件，則判定該位置為微地震信號的初至位置1)a j ^ T1 · β i 且 CtiSr2; 2)滿足條件I的位置記為n，由位置η向時間減小方向進行搜索Ki的數(shù)值，直到Ki ( Kh ； 其中，C3為短時均值的權(quán)系數(shù)、C4為長時均值的權(quán)系數(shù)&為長短時均值比閥值，r2為峭度短時均值的閥值；及存儲模塊，用于存儲數(shù)據(jù)。
5.如權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于，包括 所述獲取地震波形峭度模塊獲取地震波的N個樣點，通過得到的第i個樣點前M個地震波形數(shù)據(jù)計算第i個樣點處的峭度Ki，是指 所述獲取地震波形峭度模塊獲取地震波的N個樣點的離散序列IxJ，當前時窗長度為M ;計算當前時窗長度為M的時窗內(nèi)樣點的算術(shù)和、平方和、立方和、4次方和；將時窗向前移動一個樣點，計算新時窗內(nèi)樣點的各值，是在上一個時窗的值基礎(chǔ)上，減去上一個時窗第I個樣點的值，并加上當前時窗最后一個樣點的值，依次類推，得到第i個樣點處的峭度I。
6.如權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于，包括 所述獲取地震波形峭度模塊計算當前時窗長度為M的時窗內(nèi)樣點的算術(shù)和、平方和、立方和、4次方和；將時窗向前移動一個樣點，計算新時窗內(nèi)樣點的各值，是在上一個時窗的值基礎(chǔ)上，減去上一個時窗第I個樣點的值，并加上當前時窗最后一個樣點的值，依次類推，得到第i個樣點處的峭度Ki，是指 所述獲取地震波形峭度模塊計算當前時窗長度為M的時窗內(nèi)樣點的算術(shù)和、平方和、立方和、4次方和，其中，將當前時窗長度為M的時窗內(nèi)離散序列的算術(shù)和、平方和、立方和、4次方和分別記為sm」，j=l, 2, 3,4,公式如下所示
全文摘要
本發(fā)明公開了一種微地震信號到時自動拾取的方法及裝置，包括獲取地震波的N個樣點，通過得到的第i個樣點前M個地震波形數(shù)據(jù)計算第i個樣點處的峭度；設(shè)置得到的第i個樣點處的峭度作為特征函數(shù)，通過特征函數(shù)的長短時均值比和短時均值判斷微地震信號的初至位置。本發(fā)明解決了在致密砂巖油氣藏和頁巖氣藏的開采中，如何對微地震進行到時自動拾取地震信號的問題。
文檔編號G01V1/24GK102879813SQ20121036242
公開日2013年1月16日 申請日期2012年9月25日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月25日
發(fā)明者劉勁松, 姚振興 申請人:中國科學院地質(zhì)與地球物理研究所