一种三维各向异性微地震干涉逆时定位方法及系统的制作方法
【技术领域】
[0001 ]本发明涉及一种微地震定位方法，尤其涉及一种三维各向异性微地震干涉逆时定 位方法及系统，属于地球物理勘探领域。
【背景技术】
[0002] 传统的地震定位工作最早可以追溯到1910年盖戈的工作（Geiger ,1912; Bratt and Bache, 1988)。后来进一步完善形成了现在地震定位中最为普遍的方法---盖戈方法。 盖戈方法的核心包括两部分，第一，把地震的震源位置与地震波走时的非线性关系线性化； 第二，利用最小二乘的方法求解此线性系统；由于其完整的求解及其评价体系，这类方法一 直以来被广泛采用。然而这种方法也有其局限性的，它需要从地震记录中获得清晰的纵横 波走时信息(Flinn，1965)，要求地震记录具有较高的信噪比.但在实际微地震监控资料中， 低信噪比是观测数据的普遍特征，且观测数据量巨大，因此传统的盖戈类方法受到了很大 的限制。
[0003] 同时近年来，人们借鉴地震勘探中的偏移成像原理也发展了不需要拾取震相走时 信息、适用于低信噪比数据的类偏移定位方法.这类方法把微地震源类似成偏移成像中的 绕射点，利用反射地震学中处理绕射点的成像方法进行震源的定位。相应的定位过程可以 分为两步，即首先延拓观测数据"重构"地下波场，之后施加合适的"成像条件"得到震源位 置和激发时间。干涉逆时成像定位技术有着适应低信噪比数据、不需要拾取震相走时信息， 较高的定位精度和可靠性等优点。
[0004] 近十年中，利用图形处理单元(GPU)进行计算密集型应用的加速实现已经得到了 突飞猛进式的发展。图形处理单元(GPU)由于其具有高速的内存带宽，相较于CPU至少高出 两个数量级的计算处理核心，更适合并行计算的单指令多数据(SMD)计算模式，以及更低 的能耗成本，正广泛的应用到计算科学的相关领域。对于勘探地球物理领域，对于使用图形 处理单元(GPU)的兴趣也在显著增强，越来越多的研究已经将GPU用于加速地震处理中的核 心算法，例如地震数值模拟、地震成像、地震高精度反演等。
【发明内容】
[0005] 本发明所要解决的技术问题是提供一种基于GPU加速的三维各向异性微地震干涉 逆时定位方法及系统，将GPU加速技术与三维各向异性微地震干涉逆时定位算法结合得到 一种高效、快速的微地震定位方法，进而为大规模微地震监测提供更有力的保证。
[0006] 本发明解决上述技术问题的技术方案如下:一种三维各向异性微地震干涉逆时定 位方法，包括以下步骤：
[0007] 步骤1:建立介质模型，对介质模型进行网格离散得到多个网格点；
[0008] 步骤2:计算震源函数，根据震源函数计算每个网格点上的压力值；
[0009]步骤3:将三维各向异性弹性波方程转换为传播方程，将每个网格点上的压力值带 入传播方程进行计算，得到每一刻的波场值；
[0010] 步骤4:对得到的所有波场值进行干涉成像，得到成像结果；
[0011] 步骤5:对成像结果进行分析，选取波场值最大的点确定为震源位置。
[0012] 本发明的有益效果是:采用波动方程类定位方法进行微地震定位，不需要人工提 取初值，相较于传统的走时类方法具有适应低信噪比数据、不需要拾取震相走时信息，具有 较高的定位精度和可靠性等优点;采用GPU加速三维各向异性微地震逆时定位，大大提高计 算速度，相较于常规CHJ实现，可以达到20-30倍的速度提升，提高了计算效率，使得逆时成 像定位技术真正可以达到现场实时监控的生产性要求。
[0013] 在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
[0014] 进一步，所述步骤1具体包括以下步骤：
[0015] 步骤1.1:根据地质背景条件、实际测得的岩石物理测试数据和测井资料数据建立 介质模型；
[0016] 步骤1.2:采用形状规则的三维网格对介质模型进行网格离散，得到网格点。
[0017] 采用上述进一步方案的有益效果是，将介质模型离散成网格点，网格点作为波场 值的载体，由三维结构的多个网格点构成波场，作为波场传播的初始条件。
[0018] 进一步，所述震源函数在空间上采用高斯函数，在时间上采用Ricker子波，所述震 源函数的具体公式为：
[0019] s(x,y,z,t)=g(x,y,z) · f(t) 公式（1)
[0020] 其中，fXtXlKjTfQtAexpHjTfQt)2) 公式（2)
[0022] 式中：t表示时间，fo表示Ricker子波的中心频率，模型计算中fo= 15Ηζ，β为常数； (叉0,7〇,2())为震源的空间位置，1、7和2分别为1轴、7轴和2轴方向上的位置。
[0023] 进一步，所述步骤3具体包括以下步骤：
[0024]步骤3.1:将三维各向异性弹性波方程中的微分用差分近似替代，得到相应的有限 差分格式的传播方程，所述传播方程中空间采样步长和时间采样步长必须满足该数值格式 的稳定性条件；
[0025]步骤3.2:采用区域分解的方式将每个网格点上的压力值带入传播方程进行计算， 得到每一刻的波场值。
[0026]进一步，所述步骤4还包括在成像空间域对成像结果数据做干涉处理，得到精确的 成像结果。
[0027] 进一步，所述步骤4中米用类WDF(Wigner Distribution Function)数据变化进行 干涉处理。
[0028]本发明解决上述技术问题的技术方案如下:一种三维各向异性微地震干涉逆时定 位系统，包括建模离散模块、震源函数模块、传播方程模块、干涉成像模块和震源确定模块；
[0029] 所述建模离散模块用于建立介质模型，对介质模型进行网格离散得到多个网格 占 .
[0030] 所述震源函数模块用于计算震源函数，根据震源函数计算每个网格点上的压力 值；
[0031] 所述传播方程模块用于将三维各向异性弹性波方程转换为传播方程，将每个网格 点上的压力值带入传播方程进行计算，得到每一刻的波场值；
[0032] 所述干涉成像模块用于对得到的所有波场值进行干涉成像，得到成像结果；
[0033]所述震源确定模块用于对成像结果进行分析，选取波场值最大的点确定为震源位 置。
[0034] 本发明的有益效果是:采用波动方程类定位方法进行微地震定位，不需要人工提 取初值，相较于传统的走时类方法具有适应低信噪比数据、不需要拾取震相走时信息，具有 较高的定位精度和可靠性等优点;采用GPU加速三维各向异性微地震逆时定位，大大提高计 算速度，相较于常规CHJ实现，可以达到20-30倍的速度提升，提高了计算效率，使得逆时成 像定位技术真正可以达到现场实时监控的生产性要求。
[0035] 在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
[0036] 进一步，所述建模离散模块包括建模模块和离散模块；
[0037] 所述建模模块用于根据地质背景条件、实际测得的岩石物理测试数据和测井资料 数据建立介质模型；
[0038] 所述离散模块用于采用形状规则的三维网格对介质模型进行网格离散，得到网格 点。
[0039] 采用上述进一步方案的有益效果是，将介质模型离散成网格点，网格点作为波场 值的载体，由三维结构的多个网格点构成波场，作为波场传播的初始条件。
[0040] 进一步，所述震源函数在空间上采用高斯函数，在时间上采用Ricker子波，所述震 源函数的具体公式为：
[0041] s(x,y,z,t)=g(x,y,z) · f(t) 公式（1)
[0042] 其中，fXtXlKjTfQtAexpHjTfQt)2) 公式（2)
[0044] 式中：t表示时间，fo表示Ricker子波的中心频率，模型计算中fo= 15Ηζ，β为