[發明專利]一種基于逆時射線追蹤方法的微地震定位技術

有效

• 申請號: 201711334326.8
• 申請日: 2017-12-13
• 公開（公告）號: CN108414983B
• 公開（公告）日: 2021-11-05
• 發明（設計）人: 丁亮;高爾根;錢衛;檀文慧;吳春芳
• 申請（專利權）人: 河海大學;安徽建筑大學
• 主分類號: G01S5/22
• 分類號: G01S5/22;G01V1/30
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 吳樹山

1.一種基于逆時射線追蹤方法的微地震定位技術，其特征在于，包括以下具體步驟：

步驟1，構建三維縱波速度模型：所述三維縱波速度模型包含三維縱波速度分界面、三維縱波速度分界面法向矢量及層間縱波速度值；其中：

所述三維縱波速度分界面是指利用三維曲面函數描述的一組具有不同埋深的起伏速度分界面，所述三維曲面函數的數學表達式為Z＝F(X,Y)，Z為曲面的埋深，X為曲面上點的橫坐標，Y為曲面上點的縱坐標；

所述三維縱波速度分界面法向矢量為指示縱波速度分界面的起伏形態及縱波速度分界面法向矢量的變化情況，其計算方法是通過對三維曲面函數求取X方向及Y方向的偏導數來實現的，所述縱波速度分界面法向矢量的計算表達式為：

(1)式中為縱波速度分界面法向矢量，表示三維曲面函數在X方向的偏導數，表示三維曲面函數在Y方向的偏導數，縱波速度分界面法向矢量的Z分量為1；

所述層間縱波速度值是指兩個相鄰但具有不同埋深的三維曲面之間所填充的均一的縱波速度值；

步驟2，提取初至縱波射線矢量：根據三分量微地震波形數據，選取初至縱波掃描范圍，利用初至縱波射線矢量掃描法提取初至縱波射線矢量，其中，所述三分量微地震波形數據是指轉換為笛卡爾坐標下三個正交坐標軸上分量的地震波形數據，所述三分量微地震波形數據為三分量地表位移記錄，所述初至縱波掃描范圍指微地震記錄中包含初至縱波震相前半周期的三分量微地震波形數據范圍，所述初至縱波震相前半周期的三分量微地震波形數據范圍指三分量微地震波形數據中初至縱波震相完整波形的前1/2部分，所述初至縱波掃描范圍的微地震數據為三分量微地震波形數據；

所述初至縱波射線矢量掃描法是指利用固定時窗長度由初至縱波掃描范圍起始位置逐次滑動至終止位置，時窗內的地震數據為三分量微地震波形數據，掃描時窗中初至縱波射線的平均矢量根據如下公式計算：

(2)式中，V_n表示掃描時窗中初至縱波射線的平均矢量；A_ix為掃描時窗中第i個位移記錄的X分量，A_iy為掃描時窗中第i個位移記錄的Y分量，A_iz為掃描時窗中第i個位移記錄的Z分量；

根據縱波射線矢量選取規則，選取初至縱波射線矢量，所述縱波射線矢量選取規則包含：一是時窗內各時刻的射線矢量與時窗內平均矢量的夾角達到最小，二是時窗內平均矢量趨于穩定時，該平均矢量作為初至縱波射線矢量；所述時窗內各時刻的射線矢量為歸一化的射線矢量，其具體表達式為：

(3)式中，V_i表示掃描時窗中第i個位移記錄的矢量方向；

步驟3，求解由各檢波器逆向傳播的縱波射線路徑：根據初始條件，基于方向矢量射線追蹤方法，反向逆推求解由檢波器出射的縱波射線路徑，其中，所述初始條件包括射線逆向傳播初始矢量與逆向傳播時差，所述射線逆向傳播初始矢量為空間三維矢量，該矢量與縱波射線出射矢量共線但垂直向分量向下，所述逆向傳播時差指各檢波器微地震記錄中初至縱波震相與最早到達檢波器的初至縱波震相的時間差值，各檢波器具有的逆向傳播時差為常數，最先記錄初至縱波震相的檢波器的逆向傳播時差為0，所述基于方向矢量射線追蹤方法指求解縱波射線由初始矢量透射空間三維曲面后所產生透射波的射線矢量，其計算公式為：

(4)式中，r_1x、r_1y、r_1z表示初始矢量的分量，其中：r_1x表示X向分量，r_1y表示Y向分量，r_1z表示Z向分量；

V₁、V₂表示界面兩側的速度，其中：V₁表示初始矢量所在介質的縱波速度，V₂表示透射波射線矢量所在介質的縱波速度；

n_x、n_y、n_z表示三維曲面函數與縱波射線交點處的法向矢量的分量，其中：n_x表示X向分量，n_y表示Y向分量，n_z表示Z向分量；

r_2x、r_2y、r_2z表示產生的透射波射線矢量的分量，其中：r_2x表示X向分量，r_2y表示Y向分量，r_2z表示Z向分量；

P為中間變量；

所述反向逆推求解由檢波器出射的縱波射線路徑，其計算過程為隨著逆向傳播時間增大，逐步求解縱波射線路徑，所述逆向傳播時間指縱波射線由檢波器出射時傳播的總時間長度，該逆向傳播時間由逆向傳播時差與時間變量組成，各檢波器的時間變量相同且由0時刻逐漸增大；

步驟4，震源位置計算及選取：根據縱波射線路徑間的距離方差，選取射線距離方差最小點所對應的射線中心點作為微地震震源，所述縱波射線路徑間的距離方差是指縱波射線終點的中心點與各射線終點間的方差，其計算公式為：

(5)式中，D表示方差，P_i表示從第i個檢波器出發的射線的終點的位置，N為所用檢波器的數量，所述縱波射線終點指縱波射線在逆向傳播時間的約束下，縱波射線末端的位置；所述選取射線距離方差最小點指縱波射線由檢波器逆向傳播至地球內部時，縱波射線終點方差最小的時刻，所述縱波射線距離方差最小點所對應的射線中心點指縱波射線終點方差最小的時刻所對應的射線中心點，其計算公式為：

(6)式中P_c為射線終點的中心點，P_jx為從第j個檢波器出發的射線的終點的X坐標，P_jy為從第j個檢波器出發的射線的終點的Y坐標，P_jz為從第j個檢波器出發的射線的終點的Z坐標，N為所用檢波器的數量。