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微地震初至的高精度拾取方法
【专利摘要】本发明公开了一种微地震初至高精度拾取方法，包括以下步骤：利用高阶矩方法增强微地震资料的信噪比；根据当前微地震波是否存在满足以下全部约束条件：振幅大小及空间相关性、同相轴视速度大小和偏振特征，判断该微地震波是否为微地震波初至；根据射孔资料、实际事件资料以上约束条件的变化规律，采用统计分析方法，确定约束条件的门槛值；在振幅和视速度约束下，围绕微地震事件走时初至的时空变化特征，利用固定大时窗和滑动小时窗内走时初至点能量、视速度、相关性信息的变化规律，采用多次迭代的方法，进行微地震事件初至的自动拾取。不同地区实际资料的应用效果表明，本发明微地震初至自动拾取方法不但适应性强，而且结果可靠。
【专利说明】微地震初至的高精度拾取方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及微地震高精度初至拾取方法，具体涉及微地震初至的高精度拾取方法。
【背景技术】
[0002]目前，地震信号初至自动拾取或震相识别方法主要有能量比法、AIC算法、神经网络法、分形分维法、极化分析法以及卡尔曼估计等几种，其中能量比法、AIC算法和神经网络法最为常用。
[0003]能量比法是最为快捷、最为广泛应用的一种自动拾取方法。Kannasewich于1981年提出设计计算地震数据的绝对值、能量或包络面的长时窗(LTA)与短时窗(STA)作为识别有效事件的特征函数，这种方法通过计算长短时窗的比值，而认为出现地震信号是这个比值会大于预先设定的门限。目前这种长短时窗比法已成为各个微地震监测公司最为常用的方法。不过这种方法有其缺陷:受短时窗的影响不能准确拾取初至；难以在高振幅噪声中分辨出有用地震信号。在天然地震观测中的初动识别，刘希强等以能量比法为基础结合信号的多种特点设计了应用单台垂向记录进行区域地震事件实时检测的方法。在地震勘探中，左国平(2004)、张伟(2009)等人根据实际情况改进能量比法进行地震波初至的拾取，叶根喜(2008 )将能量比法用于矿山安全领域的微地震监测，并对不同窗口长度的能量比特征进行了分析研究。
[0004]AIC (Akaike information criterion,赤池信息准则)算法是基于自回归(autoregressivhAR)模型假设的一种算法，在地震监测中常用于信号识别，这种方法的最基本假设是噪声与地震信号都可以用不同的自回归模型表示出来，而且模型的阶数互不相同。它最早根据这个基本假设设计为AR-AIC准则在天然地震中用于P、S波初至的拾取。目前的利用都是根据Maeda (1985)年设计的AIC算法，这种方法直接利用信号的协方差计算AIC的值，避免了 AR-AIC法需要迭代计算自回归模型阶数而带来的大计算量，而这种算法的具体推导过程至今仍未公布。我国在天然地震观测中也常用AIC算法进行初至拾取。王海军等(2003)通过对低信噪比的地震数据研究发现在噪声较强的情况下认为AIC值的最低点为初至点并不准确，而AIC曲线的拐点通常对应着信号的初至，并且设计了对AIC曲线进行校正的方法。刘希强等(2009)利用三阶累计量代替Maeda算法中的二阶累积量也就是协方差来设计新的AIC算法，在低信噪比的情况下仍能保持较高精度。但是，AIC法的主要缺陷在于无论所选的数据段中是否真的存在一个地震或微地震有效事件，总会在数据段中找到一个AIC的最小值，这使得无法单一利用AIC算法进行有效事件的初至拾取。
[0005]还有人工神经网络、分形维数理论技术也被引用到初至拾取方面中来。
[0006]然而，微地震信号不同于一般反射地震信号，其特点是有用信号弱，波场复杂，震相类型多。因此，上述现有的地震信号自动拾取方法对于微地震信号的初至拾取都存在着精度较低的问题。
【发明内容】

[0007]本发明所要解决的技术问题是常规地震信号自动拾取方法缺点的问题。
[0008]为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是提供一种微地震高精度初至拾取方法，包括以下步骤:
[0009]步骤10:利用高阶矩方法增强微地震资料的信噪比；
[0010]步骤20:根据当前微地震波x(k)是否存在满足以下全部约束条件，判断该微地震波X(k)是否为微地震初至，所述约束条件包括以下三种:
[0011](l)x(k) > e, e为每一道地震记录的均值；
[0012](2) C1Xma < x(k) < C2Xma, ma为每一道地震记录的最大值；
[0013]Oa1Xk < |x(k+l)_x(k) I < a2Xk,k表示根据射孔或其它视速度资料得到的斜率，C1, C2 ；&1) a2分别振幅和斜率的门槛值范围系数。
[0014]步骤30:在振幅和视速度约束下，围绕微发震事件走时初至的时空变化特征，利用固定大时窗和滑动小时窗内走时初至点能量信息的变化规律，采用多次迭代的方法，实现微地震事件初至的自动拾取。
[0015]在上述方法中，步骤10包括以下步骤:
[0016]步骤11:计算获得每一道微地震记录不同滑动时窗的微地震资料高阶矩能量比值:
【权利要求】
1.微地震初至的高精度拾取方法，其特征在于，包括以下步骤: 步骤10:利用高阶矩方法增强微地震资料的信噪比； 步骤20:根据当前微地震波x(k)是否存在满足以下全部约束条件，判断该微地震波x(k)是否为微地震初至，所述约束条件包括以下三种: (1)x(k)> e, e为每一道微地震记录的均值； (2)C1 Xma < |x(k)| < C2Xma, ma为每一道地震记录的最大值； (3)B1Xk < |x(k+l)-x(k) I < a2Xk, k表示根据射孔或其它视速度资料得到的斜率，C1, C2 ；&1) a2分别振幅和斜率的门槛值范围系数。 步骤30:在振幅和视速度约束下，围绕微地震事件走时初至的时空变化特征，利用固定大时窗和滑动小时窗内走时初至点能量信息的变化规律，采用多次迭代的方法，实现微地震事件初至的自动拾取。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤10包括以下步骤: 步骤11:计算获得每一道微地震记录不同滑动时窗的微地震资料高阶矩能量比值:
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤30包括以下步骤: 步骤31、求每一道地震记录的振幅最大值对应的时间位置，然后计算道间时间差满足视速度变化约束条件下所有道振幅最大值的平均值，并把该平均值作为振幅门槛值，拾取保留满足给定振幅门槛值记录道的时间位置，作为初始初至拾取结果； 步骤32、求得微地震记录所有道振幅最大值的平均值作为新的振幅门槛值，计算寻找滑动时窗内满足该振幅门槛值的初至位置； 步骤33、在给定的门限范围内，每一道拾取了多个初至点位置，在这多个初至位置点中再求振幅最大值、次最大值等对应初至点作为更新的初至点，依次循环迭代，在满足视速度条件下，当最大值或次最大值对应的初至道数最大时，作为迭代终止条件，最终找到真实的初至点位置； 步骤34、最后再对拾取的微地震有用事件初至曲线进行进一步的优化处理。
【文档编号】G01V1/28GK103837891SQ201410116064
【公开日】2014年6月4日 申请日期:2014年3月26日 优先权日:2014年3月26日
【发明者】宋维琪 申请人:宋维琪