地球物理监测方法、装置及系统

1.本发明涉及碳捕获、利用与封存技术领域，尤其是涉及一种地球物理监测方法、装置及系统。


背景技术：

2.在碳捕获、利用与封存(carbon capture utilization and storage，ccus)工程中，有两种常用的监测方法，第一种是时移4d多分量地震监测方法，该方法通过将二氧化碳在注入过程中对地层的影响反映在因地层物性差异导致的反射信息或波阻抗的变化上的方式来监测二氧化碳的运移行为；第二种是垂直地震剖面(vsp)，与第一种方法类似，在井旁呈现二氧化碳的富集行为，两种方法均需要通过地面放炮，多期次采集导致成本较高。两种方法经常搭配组合使用，但无论是上述哪种方式，均存在无法验证采集信息和二氧化碳运移行为准确性的弊端，以及无法对地层突破和气体泄漏进行及时的预警，进而无法保证ccus监测结果的准确性和安全性。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种地球物理监测方法、装置及系统，以缓解现有技术中存在的由于采集信息准确性未知导致的无法保证监测结果的准确性的技术问题。
4.第一方面，本发明提供的一种地球物理监测方法，其中，应用于控制端，包括：在二氧化碳注入到目标区域以及封存的过程中，获取空天监测子系统采集的第一参数、地面监测子系统采集的第二参数和井中监测子系统采集的第三参数；其中，不同的监测子系统从不同维度对所述目标区域进行监测；基于所述第一参数、所述第二参数和所述第三参数中的至少一个，确定所述目标区域的地球物理监测结果。
5.进一步的，所述基于所述第一参数、所述第二参数和所述第三参数中的至少一个，确定所述目标区域的地球物理监测结果，包括：基于所述第一参数确定所述目标区域的地表形变速率；其中，所述地表形变速率用于反映所述二氧化碳的运移扩散行为；基于所述第二参数和所述第三参数确定所述目标区域的速度结构体；其中，所述速度结构体用于表征所述目标区域的结构变化特征；基于所述第二参数确定所述目标区域的微地震事件属性信息；将所述地表形变速率、所述速度结构体或所述微地震事件属性信息确定为所述目标区域的地球物理监测结果。
6.进一步的，所述第一参数包括地表高程；所述基于所述第一参数确定所述目标区域的地表形变速率，包括：对所述目标区域处于不同时期的地表高程进行监测，并计算所述地表高程的归一化差值；其中，所述不同时期包括未注入二氧化碳时期、二氧化碳注入时期和二氧化碳封存时期；将所述归一化差值确定为所述目标区域的地表形变速率。
7.进一步的，所述第二参数包括背景噪声信号，所述第三参数包括地层参数；所述基于所述第二参数和所述第三参数确定所述目标区域的速度结构体，包括：将预设的格林函数和所述背景噪声信号进行互相关，得到所述目标区域的互相关格林函数；基于所述地面
监测子系统的阵列分布，将所述互相关格林函数拟合为所述目标区域的速度结构体。
8.进一步的，所述第二参数包括微地震信号；基于所述第二参数确定所述目标区域的微地震事件属性信息，包括：根据所述微地震信号对微地震事件进行定位和反演，得到震源位置定位结果和震源机制反演结果；基于所述震源位置定位结果和所述震源机制反演结果，获得所述微地震事件属性信息。
9.进一步的，在基于所述第一参数、所述第二参数和所述第三参数中的至少一个，确定所述目标区域的地球物理监测结果之后，还包括：基于所述微地震事件属性信息，确定所述微地震信号对目标储层产生破坏时，将所述微地震事件属性信息通过目标网络传输至移动终端，以使所述移动终端进行预警处理。
10.进一步的，在基于所述地面监测子系统的阵列分布，将所述互相关格林函数拟合为所述目标区域的速度结构体之前，还包括：在二氧化碳注入到目标区域的过程中，采集所述目标区域内的地表遥感图像；通过对所述地表遥感图像进行图像处理的方式建立初始地表模型；基于所述初始地表模型、所述目标区域的深度和范围，确定所述地面监测子系统的阵列分布。
11.第二方面，本发明提供的一种地球物理监测装置，其中，应用于控制端，包括：获取单元，用于在二氧化碳注入到目标区域以及封存的过程中，获取空天监测子系统采集的第一参数、地面监测子系统采集的第二参数和井中监测子系统采集的第三参数；其中，不同的监测子系统从不同维度对所述目标区域进行监测；确定单元，用于基于所述第一参数、所述第二参数和所述第三参数中的至少一个，确定所述目标区域的地球物理监测结果。
12.第三方面，本发明提供一种地球物理监测系统，其中，包括：第一方面所述的控制端，以及多个监测子系统；其中，所述多个监测子系统包括：空天监测子系统、地面监测子系统和井中监测子系统；所述多个监测子系统从不同维度对所述目标区域进行监测。
13.第四方面，本发明还提供一种电子设备，包括存储器、处理器，所述存储器中存储有可在所述处理器上运行的计算机程序，其中，所述处理器执行所述计算机程序时实现的所述的地球物理监测方法的步骤。
14.本发明提供了一种地球物理监测方法、装置及系统，包括：在二氧化碳注入到目标区域以及封存的过程中，先获取空天监测子系统采集的第一参数、地面监测子系统采集的第二参数和井中监测子系统采集的第三参数；其中，不同的监测子系统从不同维度对目标区域进行监测；然后基于第一参数、第二参数和第三参数中的至少一个，确定目标区域的地球物理监测结果。本发明通过第一参数、第二参数和第三参数互相佐证的方式确保采集到的多种参数均真实、有效，进而确保地球物理监测结果的准确性。
15.本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
16.为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
17.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体
实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
18.图1为本发明实施例提供的一种地球物理监测系统的结构示意图；
19.图2为本发明实施例提供的一种地球物理监测系统的简化结构示意图；
20.图3为本发明实施例提供的一种地球物理监测方法的流程图；
21.图4为微地震信号的示意图；
22.图5为背景高频噪声数据的示意图；
23.图6为判断二氧化碳的运移是否超出储层预设范围的示意图；
24.图7为震源位置定位结果的示意图；
25.图8为微动背景监测结果的示意图；
26.图9为控制端的基本显示界面；
27.图10为控制端平台系统的主要组成部分和实现目标；
28.图11为破裂预警系统响应流程图；
29.图12为卫星图版本的初始地表模型；
30.图13为地表高程版本且局部放大的初始地表模型；
31.图14为地表形变速率平面图；
32.图15为本发明实施例提供的一种地球物理监测装置的结构示意图。
33.图标：
34.11-获取单元；12-确定单元。
具体实施方式
35.下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
36.目前关于碳捕获、利用与封存最常用的有效方法是时移4d多分量地震监测方法，该方法通过将二氧化碳在不同注入时期对地层的影响，反映在地震采集因地层物性差异导致的反射信息或者波阻抗变化上的方式，达到监测二氧化碳注入后运移与扩散范围的目的。另一种能够实现的监测方法是vsp，该方法在地面放炮并利用井中仪器接收，进行井旁的地震成像主要有walk-way垂直地震剖面方法。vsp的时序原理与第一种监测方式类似，均是采集不同时期的地下介质反射的地震信息，对比不同时期的地震信息差异来达到监测的目的。
37.现有技术中的上述两种监测方法均存在互相验证较差，不能解决注入二氧化碳短暂超出地层吞吐能力所导致的地层发育裂缝、二氧化碳超预期扩散，乃至泄露的问题，也不能对二氧化碳在地下的运移扩散行为进行精细的刻画与预测。本质上来说，二氧化碳在地下运移是因为地层的裂缝发育以及再发育。其次，现有技术的成本较高，且需要放炮或者进行有源地震采集。
38.换言之，由于上述两种监测方法设计尺度存在各种问题，其中4d地震太依靠采集
工区和观测系统，有些区域无法满足监测系统的布置，例如地形过于起伏，少量的监测点还可以布设实施，密集多道的监测可能就很难完成；而vsp过于依靠井，由于它利用的是井中监测设备，因此探测范围也相对有限。上述两种监测方法均需要进行主动源采集，而碳储地区需要尽量避免主动源，由于炸药锤击等破坏力无法预知对地下封存区造成的扰动，因此这种类似行为会对地下碳储实施造成不可控的影响。
39.由于上述两种监测方法均是通过地震传播理论进行的成像等后续分析，因此即使将两种监测方法进行结合，仍存在缺乏多技术的交叉验证，致使监测结果可信度较低。基于此，本发明的目的在于提供一种地球物理监测方法、装置及系统，可以确保采集到的多种参数均真实、有效，进而确保地球物理监测结果的准确性。
40.为便于对本实施例进行理解，首先对本发明实施例所公开的一种地球物理监测系统进行详细描述。
41.实施例1：
42.图1为本发明实施例提供的一种地球物理监测系统的结构示意图。本发明提供的一种地球物理监测系统包括以下模块：控制端，以及与控制端相连的多个监测子系统。如图1所示，多个监测子系统包括以下至少之一：空天监测子系统、地面监测子系统(即图1中的地表监测子系统)和井中监测子系统(即图1中的地下监测子系统)。多个监测子系统从不同维度对目标区域的不同参数进行监测。总的来说，针对ccus注入地下结构项目工程，本发明实施例设计了一种从上到下四种空间尺度(即太空-天空-近地表-深部地层(井))和三个时间维度的监测系统，该监测系统是ccus一体化系统。上述三个时间维度包括二氧化碳注入前(或称为前期)，二氧化碳注入过程和二氧化碳封存过程，并且三个时间维度可以构成一个连续的时间顺序。
43.各个监测子系统对目标区域的不同参数监测的详情见下述实施例2，在此不作赘述。上述控制端可以指包含显示屏的控制器。显示屏除了可以直观地显示监测子系统采集到的各种参数，还可以直观地显示根据各种参数确定的信息，可视化过程参见下述实施例2。如图1所示，上述空天监测子系统包括卫星和无人机，卫星可以指insar(interferometric synthetic aperture radar，干涉测量合成孔径雷达)卫星。需要注意的是，三维可视化的地表模型可以通过无人机扫描、拼接的方式进行建立。上述地面监测子系统包括第一检波器和第二检波器，第二检波器的埋置深度大于第一检波器的埋置深度。上述地下监测子系统包括深井实时采样装置。图1中的地球物理监测系统可以简化为图2中的结构。如图2所示，小长方体为二氧化碳注入区域，4行4列的阵列分布可以指地面监测子系统的阵列分布。
44.本发明实施例提供的地球物理监测系统是一个立体联合监测系统，该系统可以实现采集到的参数之间的互相验证，进而提高监测、预测的精度，而且采用多维度的监测系统，能够比较完整的突出二氧化碳精确的运移或者羽流范围，具有监测与测评注入工程的成效。
45.实施例2：
46.根据本发明实施例，提供了一种地球物理监测方法的实施例，需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出
或描述的步骤。
47.图3为本发明实施例提供的一种地球物理监测方法的流程图，如图3所示，该方法包括如下步骤：
48.步骤s101，在二氧化碳注入到目标区域以及封存的过程中，获取空天监测子系统采集的第一参数、地面监测子系统采集的第二参数和井中监测子系统采集的第三参数。其中，不同的监测子系统从不同维度对目标区域进行监测。
49.步骤s102，基于第一参数、第二参数和第三参数中的至少一个，确定目标区域的地球物理监测结果。
50.在本发明实施例中，该地球物理监测方法应用于物理监测系统中的控制端，第一参数包括但不限于地表高程，第二参数包括微地震信号和背景噪声信号，第三参数包括地层参数，该地层参数包括但不限于：密度，地层初始速度、储层岩石密度、杨氏模量。本技术对上述背景噪声信号进行处理得到了背景高频噪声数据，也就是说，背景高频噪声数据区别于常规噪声，属于背景噪声的高频部分，因此需要对原始的背景噪声信号进行处理、分频和提取。上述微地震信号的示意图如图4所示，背景高频噪声数据的示意图如图5所示。
51.在本发明实施例中，空天监测子系统、地面监测子系统、井中监测子系统从太空、空中、地面和井四个空间尺度(或称为维度)对同一目标区域的不同参数进行采集，然后采集到的第一参数、第二参数以及第三参数之间能够进行互相佐证，以保证各种参数真实、有效，进而确保地球物理监测结果的准确性。
52.在一个可选的实施例中，步骤s102，基于第一参数、第二参数和第三参数中的至少一个，确定目标区域的地球物理监测结果，包括以下步骤s201～步骤s204，其中：步骤s201，基于第一参数确定目标区域的地表形变速率；其中，地表形变速率用于反映二氧化碳的运移扩散行为；步骤s202，基于第二参数和第三参数确定目标区域的速度结构体；其中，速度结构体用于表征目标区域的结构变化特征；步骤s203，基于第二参数确定目标区域的微地震事件属性信息；步骤s204，将地表形变速率、速度结构体或微地震事件属性信息确定为目标区域的地球物理监测结果。
53.上述运移扩散行为可以指二氧化碳注入后的扩散和运移行为。由于地表形变速率是基于第一参数确定的，因此用于采集第一参数的空天监测子系统，还可以用于监测地表形变速率。由于卫星采集遥感影像的精度能够达到米级甚至厘米级别，因此基于卫星采集水平监测预设时间段内的地表形变速率，也能够精确到厘米级别。进一步的，该地表形变速率可以用于反映因向地下注入超临界的二氧化碳气体随着注入量的提高和气体状态性质的改变导致的地表隆起。地表形变速率的表现非常显著，需要长时间的监测。
54.在一个可选的实施例中，第一参数包括地表高程；步骤s201，基于第一参数确定目标区域的地表形变速率，包括以下步骤s301～步骤s302，其中：步骤s301，对目标区域处于不同时期的地表高程进行监测，并计算地表高程的归一化差值；其中，不同时期包括未注入二氧化碳时期、二氧化碳注入时期和二氧化碳封存时期；步骤s302，将归一化差值确定为目标区域的地表形变速率。在本发明实施例中，执行步骤s301～步骤s302可以实现对目标区域的地表形变速率的实时监测。
55.在一个可选的实施例中，第二参数包括背景噪声信号，第三参数包括地层参数；步骤s202，基于第二参数和第三参数确定目标区域的速度结构体，包括以下步骤s401～步骤
s402，其中：步骤s401，将预设的格林函数和背景噪声信号进行互相关，得到目标区域的互相关格林函数；步骤s402，基于地面监测子系统的阵列分布，将互相关格林函数拟合为目标区域的速度结构体。在本发明实施例中，执行步骤s401～步骤s402可以实现对目标区域的速度结构体的实时监测。
56.在一个可选的实施例中，第二参数包括微地震信号；步骤s203，基于第二参数确定目标区域的微地震事件属性信息，包括以下步骤s501～步骤s502，其中：步骤s501，根据微地震信号对微地震事件进行定位和反演，得到震源位置定位结果和震源机制反演结果；步骤s502，基于震源位置定位结果和震源机制反演结果，获得微地震事件属性信息。
57.本发明实施例通过显示器可以呈现出三维可视化的地表模型，并且二氧化碳最后运移到一个时间节点时具有一定体积，该体积可以称为二氧化碳流体稳定行为体积。需要注意的是，该体积实际上是动态的，只有在最后不注入封存的那一刻才开始逐渐趋于平衡状态。而在这二氧化碳注入过程中可能发生大型微地震事件、脱气、逃逸等环境生态危险事件，也有可能导致二氧化碳的扩散运移行为发生异常。这里的异常指的是，二氧化碳超出在注入之前预先规划好的区域范围。例如已发生的微地震事件被控制端监测到，控制端迅速计算该微地震事件的位置、震级，然后控制端(或称为主系统)通过显示器在可视化窗口中显示出来。本发明实施例可以设定阈值，然后对超出设定阈值的微地震事件进行标注，进而根据标注过的微地震事件调整二氧化碳短期注入所采用的工程参数(例如注入速度、注入量)。储层预设范围(即上述目标储层的预设范围)包括深度范围和广度范围，无论是深度范围还是广度范围都有界定。如图6所示，可以通过深颜色来表示深度范围明显。通过判断二氧化碳的运移是否超出储层预设范围的方式可以实现对是否发生微地震事件进行准确判断。
58.进一步的，用于监测微地震信号的地面监测子系统，可以利用其在目标储层内部的一个扰动信息去反演二氧化碳运移扩散行为的一个趋势，使得反演效果相当精确。微地震信号仍可利用井或示踪剂方法的验证，该部分属于环境监测方法，在此不做赘述。
59.在一个可选的实施例中，在步骤s102，基于第一参数、第二参数和第三参数中的至少一个，确定目标区域的地球物理监测结果之后，方法还包括：步骤s103，基于微地震事件属性信息，确定微地震信号对目标储层产生破坏时，将微地震事件属性信息通过目标网络传输至移动终端，以使移动终端进行预警处理。上述目标网路包括5g网络。本发明实施例监测各种参数的目的就是为了评估流体(即上述二氧化碳)的行为，争取做到可控，对大型微地震事件、脱气、逃逸等危险事件进行预警，进而能够保证ccus监测结果的安全性。
60.在一个可选的实施例中，在步骤s402，基于地面监测子系统的阵列分布，将互相关格林函数拟合为目标区域的速度结构体之前，方法还包括以下步骤s403～步骤s405，其中：步骤s403，在二氧化碳注入到目标区域的过程中，采集目标区域内的地表遥感图像；步骤s404，通过对地表遥感图像进行图像处理的方式建立初始地表模型；步骤s405，基于初始地表模型、目标区域的深度和范围，确定地面监测子系统的阵列分布。在本发明实施例中，为了拟合出准确的目标区域的速度结构体，可以通过对采集到的第一参数的处理，确定出用于采集第二参数的地面监测子系统的阵列分布。上述图像处理包括以下至少之一：三维点分析、图像识别与叠加方法、去除地表植被建筑物等其他误导性影像。
61.在实际应用中，可以结合多个监测子系统对上述地球物理监测方法进行详细展
开：
62.(1)空天监测子系统主要由无人机和insar卫星来实现对目标区域内地面的直观监测，监测目标为地表形变。该地表形变在二氧化碳工程中主要表现为地表抬升变化。基于地表形变，本发明实施例可以实现对目标区域内的精细地表区域进行建模，一般能够通过一个月甚至一年以上的时间能够看到明显的地表形变。二氧化碳注入到地层之后的封存过程本身是一个可持续的固碳步骤。二氧化碳注入地下结构体中以超临界的形式往地下地层输送，经过长期的交互反应会在地层中扩散膨胀，导致地表地层的抬升。空天监测子系统通过无人机和卫星监测不同时期的地表高程，通过归一化差值计算得到一段时间的地表变化模型图。该方法是从空间角度直观地得到二氧化碳运移扩散范围的有效方法。在二氧化碳注入地层前期，本发明实施例以insar卫星采集为手段，采集到高精度、高分辨率的地表遥感图像，通过对该地表遥感图像进行图像处理的方式建立地表先验模型，该模型置于最后的监测与预警过程中可以作为初始地表模型。
63.(2)地面监测子系统由多个三分量微地震检波器(或称为近地表埋置检波器)组成，近地表埋置检波器以不同的埋深分为第一检波器和第二检波器；其中，第一检波器为浅埋检波器，该第一检波器的埋置深度可以在5m左右；第二检波器为深埋检波器，该第二检波器的埋置深度可以在20m左右。需要注意的是，各个检波器的埋置深度视监测目标区域的深度而定。在本发明实施例中，第二检波器基本不会回收，永久置于地面监测子系统中，并且第二检波器的用途与第一检波器的用途也有差异。近地表埋置检波器中的第一检波器用于监测二氧化碳注入以及封存过程中产生的微地震事件，这些微地震事件是由于二氧化碳流体注入诱发的小型裂缝扩展、滑移或者错动活动。这些微地震事件震级较小，信号分辨率较高，因此第一检波器的埋深可以轻易的采集到。在本发明实施例中，后期可以对采集到的微地震信号进行数据处理与解释，及事件定位与震源机制反演，进而得到震源位置定位结果和震源机制反演结果，根据这两种结果可以确定二氧化碳注入地层后的运动行为趋势方向，本发明实施例称之为二氧化碳运移的骨架。
64.微地震事件的观测系统建立在初始地表模型上，根据大地坐标进行两个系统的融合，指导下一步工程。具体的，本发明实施例依据监测目标区域的大致深度和范围设计出合适的检波器阵列，该检波器阵列包括上文中的第一检波器和第二检波器。不同检波器埋置方案的设计有两个目的：一是第一检波器用于识别相对较大震级的微地震信号，二是第二检波器用于采集背景噪声信号(背景噪声信号后续经处理得到噪声水平较低的背景高频噪声)，该噪声的来源是地下注入工程活动，在本发明实施例中主要是由二氧化碳注入储层内部时发生地层扰动产生的。换言之，在二氧化碳注入直到稳定封存的整个过程中，地下地质储集空间由于地应力差异和岩石脆性的存在，导致每刻都在发生活动，只不过这种活动不一定能够被直接观察到。
65.在本发明实施例中，对第一检波器、第二检波器采集到的数据采用的数据处理手段也将不同。具体分析如下：可识别的微地震信号，用于常规震源位置定位以及震源机制反演，对微地震信号进行的数据处理见上述步骤s501～步骤s502。而背景高频噪声数据能够结合台站间的互相关建立地下固定区域的互相关格林函数，再基于阵列分布将上述互相关格林函数拟合为三维波速差异数据体(即vp/vs，其中，vp为纵波速度，vs为横波速度)，该数据体(或称为速度体)用于表征不同深度平面上的结构变化特征，可以与根据空天监测子系
统采集到的第一参数确定的结果(即地表形变速率)相互佐证，得到真正由气体注入产生的变化。也就是说，上述微地震信号的所有数据都是可以利用的，均属于有效信息，用于微地震信号定位(即上述震源位置定位)和震源机制反演，得到如图7所示的震源位置定位结果的示意图；而背景高频噪声数据用于基于格林函数两台站互相关，得到如图8所示的微动背景监测结果(或称为速度结构体异常图)的示意图。
66.该地面监测子系统在运算成图时，可以应用到多个参数(比如密度，地层初始速度，储层岩石密度、杨氏模量等)，这些参数均由井中监测子系统的监测结果提供。在定位过程中，井中监测子系统的地层初始速度可以作为初始速度模型，而储层岩石密度以及杨氏模量可以用于震源机制分析。上述互相关格林函数其实是一个包含地层参数的集合函数，表征射线是经过某一路径从虚拟震源位置到达检波器，该部分不是本发明实施例的重点内容，因此不作具体分析。
67.进一步的，佐证是利用两种或两种以上的方法去验证预测的二氧化碳的运移扩散行为的准确性，在本发明实施例中，第一种方法是：监测空天监测子系统中地表形变速率平面度的分布情况，第二种方法是：监测微地震事件发生的属性信息以及微动背景信息成像的分布范围。理论上来说，地表抬升表示二氧化碳注入的运移扩散范围，而抬升的速率则表示区域性的流体注入量大，流体运移存在滞留期，地下压差不能保证注入后实现立刻扩散，因此注入过程是一个具有动态时间的过程。背景噪声信号和微地震信号分别表示地面监测子系统中的微动速度异常平面分布的结果和微地震事件发生的结果。需要注意的是，短期注入量相对大的区域越容易发生微地震事件。
68.(3)井中监测子系统或称为地下监测子系统，是由一系列的井中功能性探测仪器构成，主要包括以下至少之一：声波光纤监测扩列、压力光纤监测扩列、温度光纤监测扩列和区域性的岩性采集系统。该井中监测子系统用于建立地表至地下目标储层位置的精细建模，采集到的第三参数与地层监测子系统采集到的第二参数以及空天监测子系统采集到的第一参数共同构成三维空间地层模型，该三维空间地层模型具备地层深度、厚度、岩石物性、当前地层压力和地应力状态。需要注意的是，阶段性不同时间地层的岩石采集，用于岩石物理实验部分，得到相应的地层参数，提供给地层监测子系统。进一步的，井中监测子系统由于在不同的位置井中加入了温度压力监测与取芯的装置，因此也可以起到佐证作用，即二氧化碳流体经过的区域，温度压力、储层岩石的岩石物理性质(例如：密度、泊松比、弹性模量等)这些参数具有明显改变。
69.结合地球物理监测系统的结构，对该系统的显示界面进行如图9所示的展示。图10为控制端平台系统的主要组成部分和实现目标，上述组成部分包括：运行环境、提供通用服务的基础层、用于数据分析的应用层和依赖层，其中，上述运行环境为windows系统；基础层包括数据采集服务、通用技术服务和网络传输服务；应用层包括数据管理、项目管理、二氧化碳封存监测数据处理、信息综合评估、微破裂预警、生产控制等模块，依赖层为系统监视与控制部件，包括多种展示方式和客户端管理软件，多种展示方式包括：三维模型展示、平面展示和剖面展示。
70.控制端包括电脑控制端，该电脑控制端的系统要素组成部分如下：ccus工程地表监测情况，ccus地下微动监测情况和工区内多个独立的井中监测分布情况。本发明实施例针对每个监测的工程均可以实现独立地可视化，达到每一步都能够监控、评测的目的。上述
地球物理监测系统具有二氧化碳封存过程破裂或泄露预警的部分，该部分可以作为整体项目的监控与评估可视化部分对整个系统中的各个子系统实现较好的评测，不仅用于内部系统各个部分的运转正常化监测，也可以对将要发生的二氧化碳封存目标进行一系列行为预测。
71.以预警为例，本发明实施例进行如下分析：
72.步骤s1，井中监测子系统所采用的探测仪器与地面监测子系统所采用的检波器分别感知到事件信号，且事件信号到达两种仪器的时差小于2s，确保微地震事件发生在监测范围(即上述目标区域的范围)内部。
73.步骤s2，可以通过控制端向相关人员发送微地震事件基本信息(或称为属性信息)，包括破裂时间信号和数据波形，方便相关人员随时随地查看，了解基本破裂信息。
74.步骤s3，相关人员在微地震信号的信号特征符合标准(即信号p波和s波均清晰，且在多个检波器上具有一致性)的情况下，进行数据处理与解释。上述步骤s2和步骤s3涉及事件信号特征识别和判断的技术特征，该技术特征可以由引入的人工智能模块实现，该模块用于分析信号的基本特征，该基本特征包括相位、振幅和频率。
75.步骤s4，启动基础服务自动处理流程，从数据库中提取此次微地震事件的基本信息，进行震源定位、震级计算、震源机制解和渗透率分析；其中，渗透率分析主要基于井中子系统采集到的第三参数实现，用于指导流体的下一步运移行为；上述第三参数是井中子系统对注区域进行岩石物理监测得到的，二氧化碳流体注入目标区域后会改变原先储层的渗透率。在预测出的震级大于预设阈值的情况下，需要发出预警，指导或者停止注入工作。
76.步骤s5，通过判断二氧化碳的注入范围是否超出储层预设范围的方式来判断此次在二氧化碳封存中产生的信号是否对原始封存结构产生破坏和影响。
77.步骤s6，可以采用手机小程序推送的方式使相关人员获得所有的实时信息。针对二氧化碳注入、封存过程中的储层监控，将气体注入、封存持续时间内由于失稳所造成的破裂事件采集并建立数据库，通过5g网络建立服务层，传输并应用到各个终端以至于相关人员便捷获取工区内部实时信息，相关人员也可以根据需求得到进一步的解释资料，指导对生产施工的优化和改善。
78.破裂预警系统响应的整个过程如图11所示，先获取微地震信号和背景高频噪声，然后进行数据处理与解释，进而进行震源定位、震级计算、震源机制解和渗透率分析，最终可以将震源的相对位置、震级、辐射花样和发生时间通过5g网络发送给手机，以使相关人员及时接收。
79.图12给出了卫星图版本的初始地表模型，图13给出了地表高程版本且局部放大的初始地表模型，图14给出了地表形变速率平面图。这些模型的展示都是基于图10平台系统实现，因此本发明实施例能够实现各种信息的可视化。
80.综上所述，本发明实施例提供的是用于碳捕获、利用与封存的地球物理立体联合监测方法，该方法拟通过全空间直观的监测技术来完成对二氧化碳注入地层后的行为的实时监测，优势是：成像精度高，具有互相验证的能力，且对发生的地层破裂行为或者可能即将发生的二氧化碳泄露逃逸行为进行预警处理，最终能够达到对ccus工程测量、监测和评估的效果。
81.实施例3：
82.本发明实施例提供了一种地球物理监测装置，该地球物理监测装置主要用于执行实施例1上述内容所提供的地球物理监测方法，以下对本发明实施例提供的地球物理监测装置做具体介绍。
83.图15为本发明实施例提供的一种地球物理监测装置的结构示意图。如图15所示，该地球物理监测装置，主要包括：获取单元11和确定单元12，其中：
84.获取单元11，用于在二氧化碳注入到目标区域以及封存的过程中，获取空天监测子系统采集的第一参数、地面监测子系统采集的第二参数和井中监测子系统采集的第三参数；其中，不同的监测子系统从不同维度对目标区域进行监测；
85.确定单元12，用于基于第一参数、第二参数和第三参数中的至少一个，确定目标区域的地球物理监测结果。
86.本发明实施例通过获取单元11以及确定单元12的作用，可以实现第一参数、第二参数和第三参数互相佐证，进而确保采集到的多种参数均真实、有效，最终保证地球物理监测结果的准确性。
87.可选地，确定单元12，包括：第一确定子单元、第二确定子单元、第三确定子单元和第四确定子单元，其中：
88.第一确定子单元，用于基于第一参数确定目标区域的地表形变速率；其中，地表形变速率用于反映二氧化碳的运移扩散行为；
89.第二确定子单元，用于基于第二参数和第三参数确定目标区域的速度结构体；其中，速度结构体用于表征目标区域的结构变化特征；
90.第三确定子单元，用于基于第二参数确定目标区域的微地震事件属性信息；
91.第四确定子单元，用于将地表形变速率、速度结构体或微地震事件属性信息确定为目标区域的地球物理监测结果。
92.可选地，第一参数包括地表高程；第一确定子单元包括：监测计算模块和第一确定模块，其中：
93.监测计算模块，用于对目标区域处于不同时期的地表高程进行监测，并计算地表高程的归一化差值；其中，不同时期包括未注入二氧化碳时期、二氧化碳注入时期和二氧化碳封存时期；
94.第一确定模块，用于将归一化差值确定为目标区域的地表形变速率。
95.可选地，第二参数包括背景噪声信号，第三参数包括地层参数；第二确定子单元包括：互相关模块和拟合模块，其中：
96.互相关模块，用于将预设的格林函数和背景噪声信号进行互相关，得到目标区域的互相关格林函数；
97.拟合模块，用于基于地面监测子系统的阵列分布，将互相关格林函数拟合为目标区域的速度结构体。
98.可选地，第二参数包括微地震信号；第三确定子单元包括：定位反演模块和获取模块，其中：
99.定位反演模块，用于根据微地震信号对微地震事件进行定位和反演，得到震源位置定位结果和震源机制反演结果；
100.获取模块，用于基于震源位置定位结果和震源机制反演结果，获得微地震事件属
性信息。
101.可选地，地球物理监测装置还包括：预警单元，其中：
102.预警单元，用于基于微地震事件属性信息，确定微地震信号对目标储层产生破坏时，将微地震事件属性信息通过目标网络传输至移动终端，以使移动终端进行预警处理。
103.可选地，第二确定子单元还包括：采集模块、建立模块和第二确定模块，其中：
104.采集模块，用于在二氧化碳注入到目标区域的过程中，采集目标区域内的地表遥感图像；
105.建立模块，通过对地表遥感图像进行图像处理的方式建立初始地表模型；
106.第二确定模块，基于初始地表模型、目标区域的深度和范围，确定地面监测子系统的阵列分布。
107.所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
108.在一个可选的实施例中，本实施例还提供一种电子设备，包括存储器、处理器，存储器中存储有可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现上述方法实施例方法的步骤。
109.另外，在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
110.此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
111.在本实施例所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的方法、装置及系统，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
112.最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。