微破裂向量扫描技术原理

对Semblance叠加公式进行了扩展,考虑了震源机制及其求解过程,开发了微破裂向量扫描技术,在开发区使用地震台网扫描地下空间破裂活动释放的能量,以适应地表监测微破裂时信噪比较低、地下微破裂多为剪切错动的特性。类似于开发区观测环境的算例结果表明,当信噪比降低至0.5时,人们仍可辨别破裂能量释放点,并估计破裂的震源机制。由此可知,利用不影响生产的、稀疏的、三分量的地震台网在地表监测开发区的地下破裂并使用微破裂向量扫描处理技术是可行的。

微地震压裂监测技术研发进展

本文对近些年微地震压裂监测主要方法的研发现状从地震学角度做了简要的回顾和评论,讨论了它们的观测和处理手段的可行性与局限性;特别是依据已有观测事实,讨论了在地表布设千台地震仪(检波器)以内的地震台网时,拾取压裂破裂弹性波到时进而实施定位的可能性.文中强调了:研发和评价任何微震压裂监测方法,应当明确压裂产生的大量微小震级破裂和它们具有剪切成分的特性,也要顾及日常生产应用的要求和一般监测环境.井中邻近监测和实施传统定位处理,在检波器阵距压裂点几百米内,信噪比高,应是目前精度较高的最可靠的方法;若数据处理得好,它虽然不大可能作为日常手段,但可用于科研和检验其它方法.对地表大规模阵列式监测,定位处理因成功率较低和施工复杂似乎不能用作日常手段;若实施叠加或偏移处理,即使使用单分量阵也要顾及初动极性,以及最好避免大批量的非安静点的设置.微破裂向量扫描应当是可行的,但仍然需要进一步完善以克服其局限性.

微破裂向量扫描技术的自动化数据处理

本文是微破裂向量扫描技术(Vector Scanning—VS)系列文章的第四篇.前三篇分别为微地震压裂监测技术研发进展、VS的原理、VS的数据采集(见本文参考文献).为满足微震监测中应用VS的必要条件,即获得小振幅的随机记录,在数据处理中,必须数值化地判断凸显的、或隐藏在背景噪声中的有规律的干扰.目标区内外与监测目标无关的干扰记录被视为外来能量,应去除或压制.换言之,依然是尽力提高有效信噪比.数据处理的主要任务是:处理准备,包括扫描几何设计、构建监测目标区的速度模型、与计算扫描体内各点的地震波射线传播到达各观测点的走时和入射参数表;判别、去除、和压制各类干扰噪声;及完成扫描计算.作为去噪后达到的目标,小振幅的随机背景记录应当是:远处无穷个振源及观测点附近弱电磁场干扰的组合,是无规律或时空上不可预报从而也不可能去除的波动;这些背景噪声的振幅应尽可能的小;有效频率带内,每个频率携带有差别不大的能量密度,即接近白噪声.因而,在时间、频率、和空间域,必须在去噪过程中搜寻、压制或去除下列干扰:任何在周期上可能重复的记录;任何携带较高能量的窄带频率;凸显的任何较大振幅;以及除有用信号外,台站间可能相关的其他记录;等等.要实现数据处理的工程化,主要是软件的高度自动化,需要将VS的必要条件、物理等科技知识、经过验证的观测结论、和计算经验实现数值化,融入到一个专家系统中.

微破裂向量扫描原理的研发进展

微破裂向量扫描原理是为了适应微震监测的目标特性、恶劣的地表监测环境、和对应用的一般监测要求,而逐步发展起来的.它不得不放弃记录要求较高的传统定位处理方法与可能使很多台站噪声极大的等距等角阵列,使用离散稀疏台网,处理分析完整的空间记录向量.在数学上,它计算各台记录对准各扫描点的向量间的相关性程度;在物理上,则反映了破裂释放能量的分布.选择安静处布设地震台网并在数据处理中去除和压制干扰信号以获得较小振幅的随机记录,是应用向量扫描技术的必要条件.这种条件应当数值化地由地震仪器、地震台网分布、监测环境、与去噪过程判定.一般情况下,为保证监测质量,它放弃振幅较小的纵波,而使用到达地表时携带能量较多的横波,并对扫描计算使用的台站记录附加以不同的权重;为提高性价比和使微震监测成为常规手段,在满足应用必要条件的基础上,它使用一个估计的最小扫描台站数,以及携行布设的最大台站数.利用相关性的概念,它可对速度模型引起的误差进行适度校正.微破裂向量扫描是专门针对微小破裂、三分量浅地表埋设观测、稀疏布设台阵、实时监测并4D处理解释、且考虑了微震多有剪切破裂特性的地震学监测方法;它扩展了传统定位方法的监测范围,能够在地表快速施工并"看到"微破裂,性价比高,可发展成为一种日常生产监测手段.