一种井中微地震P、S波联合快速定位方法及系统与流程

技术特征：

1.一种井中微地震P、S波联合快速定位方法，其特征在于，包括如下步骤：

a、获取同一事件微地震数据，对同一事件微地震数据进行矢量分解，获得两个三分量检波器的垂向方位角；

b、根据snell定律，建立三分量检波器为起点的垂向深度H与水平距离L之间的函数关系；

c、建立与震源点位置有关P&S波深度目标函数，通过扫描深度，使得目标函数最小，计算出震源点相对三分量检波器垂直深度与水平距离，实现P、S波联合快速定位。

2.根据权利要求1所述一种井中微地震P、S波联合快速定位方法，其特征在于，所述步骤a的具体实现为：

获取同一事件微地震数据，对同一事件微地震数据进行矢量分解，计算出两个三分量检波器P波垂直方位角θ₁、θ₂和一个检波器S波垂向方位角β₂。

3.根据权利要求2所述一种井中微地震P、S波联合快速定位方法，其特征在于，步骤b的具体实现为：

由已知地层介质速度模型，根据snell定律，从三分量检波器出发，沿波传播路径逆方向，建立以三分量检波器为起点的垂向深度H与水平距离L之间的函数关系，对应有两个P波函数L_P1＝f_P1(H)、L_P2＝f_P2(H)与一个S波函数L_S2＝f_S2(H)。

4.根据权利要求3所述一种井中微地震P、S波联合快速定位方法， 其特征在于，所述步骤c的具体实现为：

设置与震源位置有关的目标函数OPJ＝‖f_P1(H)-f_P2(H)‖+‖f_P1(H)-f_S2(H)‖，当OPJ→0时，快速计算出最优解深度H₀与相应水平距离L₀＝(f_P1(H₀)+f_P2(H₀)+f_S2(H₀₎)/3，即所求为震源点相对三分量检波器垂直深度与水平距离。

5.根据权利要求2所述一种井中微地震P、S波联合快速定位方法，其特征在于，所述矢量分解采用矢端曲线-直方图法实现，具体如下：

设置一个时窗，包含了P波事件，对三分量检波器X、Y分量振幅值(x_i,y_i)作偏振分析；定义瞬时能量E_i和瞬时方位φ_i：

$E_i=x_i^2+y_i^2---\left(1\right)$

tgφ_i＝y_i/x_i (2)

首先，根据上式，计算出每个样点瞬时方位φ_i与瞬时能量E_i，同时作出瞬时能量E_i对瞬时方位φ_i的直方图；然后，画出(x_i,y_i)振幅值坐标系连线图，即矢端曲线图，对其进行线性拟合，估算出倾角范围；最后，参考倾角范围，在E_i、φ_i直方图中寻找瞬时能量最大值的位置，此时与其对应的角度φ，即为三分量检波器相对波传播方向水平方位角；

利用三分量检波器相对波传播方向水平方位角φ，对X、Y分量进行旋转处理，获得水平径向R与切向T：

R_i＝x_icos(φ)+y_isin(φ) (3)

T_i＝-x_i sin(φ)+y_i cos(φ)

其中，R_i、T_i分别为旋转后水平径向、切向分量瞬时振幅；

同样，对检波器Z分量、水平径向R分量振幅值(Z_i,R_i)作偏振分析，画出(Z_i,R_i)振幅值连线图，即矢端曲线图，对其进行线性拟合，估算出倾角范围；参考倾角范围，在直方图中寻找瞬时能量最大值的位置，求出其对应的 检波器相对波传播方向垂向方位角θ，即完成矢量分解与计算垂向方位角；

对观测井任意两个三分量检波器P波进行矢量分解，获得相应垂向方位角为θ₁、θ₂，同时，对其中一个检波器S波进行矢量分解，获得垂向方位角β₂。

6.根据权利要求3所述一种井中微地震P、S波联合快速定位方法，其特征在于，建立函数关系的具体实现如下：

假设两个检波器之间垂直距离为h₀，给出距离第二个检波器地下任意深度H，根据声波测井，分成从浅到深N层纵横波速度层[Vp₁,Vp₂,......,Vp_N-1,Vp_N]、[Vs₁,Vs₂,......,Vs_N-1,Vs_N]，且深度H亦分为相应N层[H₁,H₂,......,H_N-1,H_N]；

根据snell定律，由两个P波垂向方位角θ₁、θ₂与一个S波垂向方位角β₂，得到与深度H有关的水平距离：

$L_{P1}=f_{P1}\left(H\right)=(H_1+h_0)\·\tan \left({\mathrm{\θ}}_1\right)+\underset{i=2}{\overset{N}{\Σ}}{H}_i\·\frac{{\mathrm{Vp}}_i/{\mathrm{Vp}}_1\·\sin \left({\mathrm{\θ}}_1\right)}{\sqrt{1-{({\mathrm{Vp}}_i/{\mathrm{Vp}}_1\·\sin \left({\mathrm{\θ}}_1\right))}^2}}---\left(4\right)$

$L_{P2}=f_{P2}\left(H\right)=\underset{i=1}{\overset{N}{\Σ}}{H}_i\·\frac{{\mathrm{Vp}}_i/{\mathrm{Vp}}_1\·sin\left({\mathrm{\θ}}_2\right)}{\sqrt{1-{({\mathrm{Vp}}_i/{\mathrm{Vp}}_1\·sin({\mathrm{\θ}}_2\left)\right)}^2}}---\left(5\right)$

$L_{S2}=f_{S2}\left(H\right)=\underset{i=1}{\overset{N}{\Σ}}{H}_{\mathrm{i}}\·\frac{{\mathrm{Vs}}_{\mathrm{i}}\·/{\mathrm{Vs}}_1\·sin\left({\mathrm{\β}}_2\right)}{\sqrt{1-{({\mathrm{Vs}}_{\mathrm{i}}\·/{\mathrm{Vs}}_1\·sin({\mathrm{\β}}_2\left)\right)}^2}}---\left(6\right)$

其中，L_P1、L_P2分别为浅层、深层三分量检波器任意深度H对应的P波传播距离检波器径向水平距离，L_S2为深层检波器任意深度H对应的S波传播距离检波器径向水平距离。

7.根据权利要求4所述一种井中微地震P、S波联合快速定位方法，其特征在于，计算震源点相对三分量检波器垂直深度与水平距离的具体实现 为：

建立与震源位置有关的目标函数，快速计算出最优解深度H₀与相应水平距离L₀＝(f_P1(H₀)+f_P2(H₀)+f_S2(H₀))/3，实现P、S波联合定位，目标函数如下：

OPJ(H)＝(L_P1-L_P2)+(L_P1-L_S2) (7)

＝(f_P1(H)-f_P2(H))+(f_P1(H)-f_S2(H))

当OPJ→0时，表示一个检波器P波水平距离同时与另一个检波器P波、S波水平距离相交，该交点位置即为震源位置。

8.根据权利要求7所述一种井中微地震P、S波联合快速定位方法，其特征在于，快速计算出最优解深度H₀与相应水平距离L₀采用牛顿二分法，具体实现如下：

快速找出两个深度H₁、H₂，使得OPJ(H₁)·OPJ(H₂)≤0；

选取中间值H₃＝(H₁+H₂)/2，比较OPJ(H₁)、OPJ(H₂)、OPJ(H₃)，如果OPJ(H₁)·OPJ(H₃)≤0，则令新的深度组合H₁＝H₁、H₂＝H₃，如果OPJ(H₂)·OPJ(H₃)≤0，则令新的深度组合H₁＝H₂、H₂＝H₃；

重新计算中间值目标函数，再进行比较，如此迭代，直至最后符合收敛误差，得到最优解H₀＝(H₁+H₂)/2，代入目标函数，计算出最优水平距离L₀＝(f_P1(H₀)+f_P2(H₀)+f_S2(H₀))/3，实现P、S波联合快速定位。

9.一种井中微地震P、S波联合快速定位系统，其特征在于，包括数据采集模块、矢量分解模块、函数建立模块和结果计算模块；

所述数据采集模块，其用于获取同一事件微地震数据；

所述矢量分解模块，其用于对同一事件微地震数据进行矢量分解，获得两个三分量检波器的垂向方位角；

所述函数建立模块，其用于根据snell定律，建立三分量检波器为起点 的垂向深度H与水平距离L之间的函数关系；

所述结果计算模块，其用于建立与震源点位置有关P&S波深度目标函数，通过扫描深度，使得目标函数最小，计算出震源点相对三分量检波器垂直深度与水平距离，实现P、S波联合快速定位。