[發明專利]一種利用偏振約束AIC算法自動拾取微震初至的算法

有效

• 申請號: 201710039616.3
• 申請日: 2017-01-19
• 公開（公告）號: CN106646610B
• 公開（公告）日: 2018-08-10
• 發明（設計）人: 李懷良;庹先國;沈統;劉勇;陸景;榮文鉦;劉穎
• 申請（專利權）人: 西南科技大學
• 主分類號: G01V1/30
• 分類號: G01V1/30
• 代理公司: 成都眾恒智合專利代理事務所(普通合伙) 51239
• 代理人: 王育信

本發明公開了一種利用偏振約束AIC算法自動拾取微震初至的算法，解決了現有技術拾取微震初至精確不夠、動化程度低、以及時窗選取多且受時窗選取長短影響大的問題。本發明首先判斷微震數據是單分量或三分量微震數據，三分量對應三個特征值序列，單分量對應一個特征值序列；其次利用偏振分析方法計算出偏振協方差矩陣的特征值序列，然后計算出三分量最大特征值序列的最大值點或單分量特征值序列的最大值點，微震事件初至點在上述計算出的最大值點之前；最后計算特征值序列最大值點之前數據的AIC函數，此段AIC函數的最小值點即為微震事件初至點。本發明拾取微震初至精確、動化程度高、以及時窗選取少且幾乎不受時窗選取長短的影響。

技術領域

本發明涉及一種利用偏振約束AIC算法自動拾取微震初至的算法。

背景技術

微震監測技術已經被廣泛的應用于大壩礦山的安全監測、頁巖氣開采中水力壓裂監測、深埋隧洞穩定性監測等領域，并且取得了許多顯著的研究成果，取得這些成果的基礎是對微震事件的精確定位，而微震的初至準確拾取是進行微震事件進行定位的必要先決條件之一，因此對微震初至的精確拾取是微震信號處理中的一項必要工作。

微震事件初至的拾取主要是在環境噪聲中識別出微震信號的初到時，目前常用的初至拾取算法主要是借鑒天然地震數據處理中的地震波初至拾取算法，如STA/LTA(ShortTime Average/Long Time Average，長短時平均)算法、AIC算法、基于高階統計量偏斜度和峰度的PAI-S/K算法、分形維數算法、散射積分算法、偏振分析算法等。上述方法雖然在一些工程中成功應用，但相比于傳統的地震數據，微震數據中經常會包含機械振動，環境噪聲，電磁噪聲等多種干擾信號，信噪比普遍偏低，采用單一算法對微震數據進行初至拾取均難以達到理想的效果。

針對微震數據的初至拾取，國內外學者也做了較多的相關研究，如譚玉陽等人針對低信噪比的微震數據的初至拾取，提出了SLPEA算法，其相當于是STA/LTA算法和偏振分析方法的結合，利用STA/LTA算法計算出的能量比函數Ri和偏振法計算出的偏振度函數Pi歸一化后相乘得到Ki，通過邊緣檢測函數Di檢測Ki的變化快慢，Ki變化最快的點存在一個局部極大值點，微震的初至點被認為是在Di的極值點附近，再通過一定的約束條件，精準的拾取到微震事件的初至，根據其試驗可以看出，該方法具有優良的拾取效果，但是通過對算法的分析可以發現，算法在計算過程中，需要設置6個不同時窗和3個不同閾值，同時計算量偏大，耗時較長，難以滿足實時處理的要求。呂世超等人利用偏振約束的STA/LTA方法實現對有效微震事件的自動拾取，并將該方法應用于整套水力壓裂微震監測資料中，取得了較好的效果，其方法是利用偏振度函數和STA/LTA算法的能量比函數相乘得到一個整體的判斷因子，通過其來識別微震事件，由于其基礎算法中包含STA/LTA算法和偏振度函數，算法在實現中仍然至少需要設置3個時窗，同時其對信噪比極低的數據可靠性依然不高。賈瑞生等人通過Huang變換將微震信號分解成從高頻到低頻的多個基本時間序列的組合，對含噪的微震信號進行降噪處理，對降噪后的微震信號進行Hilbert變換和包絡分析，并進行歸一化處理，沿時間軸順序搜索，當微震信號的均一化包絡值大于設定閾值時，即可確定微震信號初至的大致時刻，然后計算該時刻前后N個采樣點時窗范圍內的AIC函數，即可求出微震事件的初至，該方法利用歸一化處理后的包絡值首次超過閾值的方法對AIC函數進行約束，盡管犧牲了部分計算時間，但是對于低信噪比的微震信號初至拾取具有良好的效果，不過該方法仍需要人工設置閾值和時窗的大小。可以看出以上方法，均能不同程度的提高微震初至拾取的準確度，但是在計算時需要人為的設置時窗或閾值，降低了微震數據處理的自動性，同時精度的提高也犧牲了算法的實時性。

發明內容

本發明要解決的技術問題是：提供利用偏振約束AIC算法自動拾取微震初至的算法，該方法拾取微震初至精確、自動化程度高、能滿足實時性要求、以及時窗選取少且不受時窗選取長短的影響。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案如下：

一種利用偏振約束AIC算法自動拾取微震初至的算法，包括以下步驟：