微地震及其监测综述——走向...于低信噪比的微破裂向量扫描_梁北援.pdf
《微地震及其监测综述——走向...于低信噪比的微破裂向量扫描_梁北援.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《微地震及其监测综述——走向...于低信噪比的微破裂向量扫描_梁北援.pdf(29页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、2023 年第 38 卷 第1期2023,38(1):0047-0075地球物理学进展Progress in Geophysicshttp:/wwwprogeophyscnISSN 1004-2903CN 11-2982/P梁北援,常力,房大志,等 2023 微地震及其监测综述 走向基于低信噪比的微破裂向量扫描 地球物理学进展,38(1):0047-0075,doi:106038/pg2023GG0150LIANG BeiYuan,CHANG Li,FANG DaZhi,et al 2023 Microseismic and its monitoring:toward vector scann
2、ing of microseismic based on lower signal tonoise ratio Progress in Geophysics(in Chinese),38(1):0047-0075,doi:106038/pg2023GG0150微地震及其监测综述 走向基于低信噪比的微破裂向量扫描Microseismic and its monitoring:toward vector scanning of microseismic basedon lower signal-to-noise ratio梁北援1,常力2,房大志3,甘宇4,张军5,王建立6,冯彦军7,王文光8,郭
3、炳平8,杜明8,王会卿8,扬英才1LIANG BeiYuan1,CHANG Li2,FANG DaZhi3,GAN Yu4,ZHANG Jun5,WANG JianLi6,FENG YanJun7,WANG WenGuang8,GUO BingPing8,DU Ming8,WANG HuiQing8,YANG YingCai1收稿日期2022-05-30;修回日期2022-11-21投稿网址http:/www progeophys cn第一作者简介梁北援,GeoImage LLC 技术总监,主要从事微地震监测的理论和方法的研究 E-mail:bjjywd126 com1 GeoImage LL
4、C,CA 94118,USA2 博瑞利恩能源科技发展(上海)有限公司,上海2013063 中国石化重庆页岩气有限公司,重庆4084004 江汉油田大宇石油技术开发潜江有限公司,潜江4331245 新疆煤田地质局一五六煤田地质勘探队,乌鲁木齐8300096 北京科胜伟达石油科技股份有限公司,北京1000857 中煤科工开采研究院有限公司,北京1000138 北京京援伟达技术有限公司,北京1001661 GeoImage LLC,CA 94118,USA2 Brilliant Energy Technology Development(Shanghai),Shanghai 201306,China
5、3 Sinopec Shale Gas of Chongqing,Chongqing 408400,China4 Dayu Petroleum Technology,Qianjiang 433124,China5 156th Exploration of Xinjiang Coal Geological Bureau,rmqi 830009,China6 Co-Sail Petroleum Technology,Co,Beijing 100085,China7 China Coal Technology and Engineering Group Co,Ltd,Beijing 100013,C
6、hina8 GeoImage LLC(Beijing),Beijing 100166,China摘要微地震是岩石的微小破裂 微地震的另一个重要特性是剪切破裂或具有很强的剪切破裂成分 通常人们感兴趣的是监测与生产生活密切相关的微震活动,为环保、安全、提高生产效率、以及一般地学科研提供参数和建议 观测微震信号,以及对其实施的数理、地质、工程等的分析研究,构成整个微震监测系统 对此系统的每一步骤,从观测仪器研制、微震台网布设、微震记录的整理和去噪、微震或其释放能量分布的定位,到分析微震时空活动规律,以及这些规律与监测目标之间关联的解释,都必须从上述微震的两个特性出发 微震监测照搬常用勘探地震学和一般
7、小震以上的天AbstractA microseismic is tiny rapture in rockTheanother property of the microseismic and its monitoring isshear fracturewhichradiatestransverse orsecondarywavesWe are interested in studying the microseismicsassociated with environment protection,security,improvingproduction efficiency,and geo
8、-sciences A system of themicroseismicdetectioniscomposedofobservationequipment,seismic network,rearranging microseismicsignals,denoisingdata,studyingthemicroseismicactivities in space-time,and interpreting the relationshipsbetween microseismic and geological structure and/orengineering procedures,et
9、c Each step of the system must地球物理学进展www progeophys cn2023,38(1)然地震学软硬件是不恰当的 微震监测方法的研发必须严格服从地震学基本原理并进行大量实验 本文对微震及其监测进行了一般综述,说明了由于微震的两个重要特性及其监测的艰难程度,也由于微震监测成为伴随生产生活的性价比较高的常规手段的需求,而不得不研发基于微小信噪比数据记录、实施地面监测的微破裂向量扫描技术,较详细地描述了其原理、微震仪器、台网布设原则、去噪、分析解释原则、和应用中所得到的重要分析结论,以及目前存在的技术问题和展望关键词微地震;监测;非常规;向量扫描中图分类号P3
10、15文献标识码Adoi:10 6038/pg2023GG0150bebasedontheabovetwocharacteristicsThemicroseismic detection is,therefore,different from boththe man-made explosions,and natural seismology for smalland greater earthquakes The study of microseismic and itsmonitoring must strictly obey the principles of seismology,and
11、 go through a large number of experiences Because ofthehighcost-effectiverequirementofmicroseismicdetectionasaconventionaltechnique,exceptforsummarizing general features of microseismic and itsdetection,in this paper,we focus on our vector scanningformicroseismicobservedonsurface,includingitsprincip
12、le,instruments,seismicnetwork,denoise,interpretation,and some important applications,etc Also,the current open problems and future expectation arediscussedKeywordsMicroseismic;Monitoring;Unconventional;Vector-processing0引言地震学是力学或固体地球物理学的一个分支它是研究固体地球介质中地震的发生规律、地震波的传播规律、以及地震的自然社会效应等课题的综合性科学 微地震就是微小的岩石
13、破裂 监测和研究与生产生活密切相关的微震活动,能够为环保、安全、提高生产效率、以及一般地学科研提供参数和建议 经过近三四十年的微地震及其监测的研究、应用、和交流,已经形成了一门专门的学科微地震学微地震的首要特性是微小,另一个重要特性是剪切破裂或具有剪切破裂成分(梁兵和朱广生,2004;Maxwell,2014;梁北援等,2015;Grechka andHeigl,2017;梁北援和王建立,2017)观测微震释放的弹性波动信号,以及对这类信号实施的数学、物理、地质、工程等的分析研究,构成了微震监测系统实施这个系统的每一步骤,包括微震仪器研制、微震台网的布设、记录信号的整理和去噪、微震震源或能量释
14、放点的定位、分析微震时空活动性、对微震活动与监测目标之间关联的解释,等等,甚至各步骤中的每一细节,都必须从上述两个特性出发 忽略甚至考虑略有不周,就可能导致整个监测失败因而,微地震及其监测的研发照搬常用的勘探地震学和一般小震以上的天然地震学软硬件是不可能的 特别地,这里观测点与目标通常由固体远隔,微震监测和检验其可靠性并不比监测遥远的天文目标、隐形航空器、和隐形航海器容易;因为流体或真空相隔,总可以接近目标,比较检验 微地震学的研发必须严格服从地震学基本原理,并进行大量的实验微地震伴随着地质构造运动和人类生产生活行为,几乎无处不在 由于数据存储、计算能力、地震台网布局、以及对其监测的重要性认识
15、的限制,更由于它们往往淹没在地震仪器常规记录的背景噪声之中、不接近震源和/或不采用特殊方法就不可能获得微震有用信息,人们在 20 世纪 80 至 90 年代,才开始重视微震及其监测的研究(梁兵和朱广生,2004;Maxwell,2014;Grechka and Heigl,2017)自 20 世纪 90 年代初,我们开始接触小震与微震的传统定位(俗称震源的点点画圈,例如,Aki andichards,1980),了解油气工程压裂微震监测中微震及其监测的特性,经过长期的大量的实验,直到2012 年,才基本明确了上述微震重要特性,以及针对这些特性实施监测的各类技术难点,并逐步地通过实验和软硬件的改
16、进,确立了微破裂向量扫描地面监测(Vector Scanning,VS)的整个系统(沈琛等,2009;Ma et al,2012;Zhang et al,2014a,b;梁北援和冷传波,2016;梁北援等,2016,2017;梁北援和王会卿,2019)应当强调,除了常规的数理基础与专业基础,没有 20 世纪 90 年代及之前的长期的十数年的使用各类数理统计和数值计算探讨地学问题的训练、多年多地的大量的对天然地震的研究基础、三四十年的编制科研和应用软件的经验、软硬件研发者积极参加应用、全球微地震及其监测的专业交流,以及油气煤炭等产业部门的鼎力支持,这类系统的研发和建立是不可能的842023,38
17、(1)梁北援,等:微地震及其监测综述 走向基于低信噪比的微破裂向量扫描(www progeophys cn)图 1微地震剪切破裂示意(a)断层或裂隙两侧岩体在应力场作用下错动形成剪破裂示意其中,一对箭头表示断层两侧岩体错动方向,由灰色虚线隔开的正负号分别表示受压和受拉的象限;(b)观测点处接收到的 P、S、Sv、和 Sh 波的定义;(c)典型的一个几平方千米内的三分量(每台依顺序是 ZNE 方向)地震台网接收到的一个较大的微地震的波形;M=0.4,深约 6 kmFig 1Shows shear fracture(a)Shows a shear dislocation in rock under
18、 tectonic stress fieldIn it,a pair of arrows indicates the directions of two sides in rock,and the positive and negative signs push and pull;(b)The definitionof waves,P,S,Sv,and Sh released by a seismic event;(c)The recordsof a typical microseismic event by a seismic network with 3 components(ZNE in
19、 sequence);M=0.4 with about a depth of 6 km1微地震及其重要特性1.1微小地震活动性可用单位时间内震级(M)和发生频率(N)的关系表示(Gutenberg and ichter,1944,1954;Kasahara,1981);logN=a+b(8 M),(1)其中 a 和 b 是依时空变化的系数 式(1)大致适用于各类地区直至全球的统计,如表1 所示 若定义 M3 为大中型震、M=0,3为小震,可推知各级地震发生的频率约按 8 倍的速率增长称 M 0 的事件为微地震(梁兵和朱广生,2004;Eisner et al,2010;Baig et al,2
20、012;Maxwell,2014;梁北援和王建立,2017)其强度概念如表2 所示图 2常见信噪比很小的微地震记录示意图释同图 1c 仅在 N(北)分量中用红色波形示意微震信号Fig2Shows a typically small S/N in microseismic recordThe illustration is the same as Fig1c Only red wave in componentN indicates that a microseismic wave is submerged in noise表 1依据式(1)得到的全球平均每年各级地震发生次数Table 1Mea
21、n annual frequency of earthquake occurrence in the world according to formula(1)震级87.9 76.9 65.9 54.9 43.9 32.9 21.9 10.9 0次数113108800620049000392000313600025000000表 2微震强度与相应的一些指标的对比(Maxwell,2014;Gibert and Haeberli,2011;梁北援和王建立,2017)Table 2Magnitude scale of microseismic compared with explosive ene
22、rgy(Maxwell,2014;Gilbert and Haeberli,2011;Liang BeiYuan and Wang JianLi,2017)震级M能量/J相应的炸药当量与听觉强度对比/dB地震断层尺度断层面两盘错动尺度动能抛射体其他炸药当量063,0001 kg12,00032 g2631 g3232 mg电锯 100 120,喷气发动机餐馆 50 70,大声的电话铃10 40 m0.05 1 mm1 4 m5 100 m步枪手榴弹(数十 g)手枪枪弹(g 至十几 g)气枪香槟酒瓶软木塞弹出94地球物理学进展www progeophys cn2023,38(1)图 3人工微震数
23、据估计:2D 平面和纵剖面上扫描后与预定的震源位置误差人工微震信号的信噪比约为 6%,且主要是 Sh 波成分 使用 25 个三分量地震台,均匀分布在地表 4 km 4 km 面积内,频率 15 Hz,记录样点间隔 1 ms,扫描点距 10 m 同样的一个微震,其震源分别在 Z=500 m(左列)和 Z=4000 m(右列)深的位置 震源的 X 和 Y 均为1000 m,即偏向西南,此处仅画出震源周围 100 m 的地域 小黑框框定区域表示,若取最大信噪比(6%)的 95%以上,这些点将会被选中为最可能的微震 上排:水平 2D 平面的信噪比下限分布;下排:2D 纵剖面的信噪比下限分布Fig 3E
24、stimation of artificial microseismic data:error between the source and thepredetermined source after scanning on 2D plane and longitudinal sectionThe signal-to-noise ratio between the artificial microseismic signal and the background noise is about 6%,and it is mainly composed of the Sh wave25 three
25、-component seismic stations are used,which are uniformly distributed at the surface for 4 km 4 km,the frequency is 15 Hz,the recording sample interval is 1ms,and the scanning point distance is 10 m The same microseism has its source at the depth ofZ=500 m(left column)and Z=4000 m(right column)The so
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 地震 及其 监测 综述 走向 低信噪 破裂 向量 扫描 梁北援
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【自信****多点】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【自信****多点】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。