微破裂向量扫描技术的数据采集

应用微破裂向量扫描技术的必要条件是避免、去除、和压制干扰信号以获得较小振幅的随机记录,故其工程化中的核心任务是尽力提高记录数据中的有效信噪比;而最关键和基础性的环节是数据采集,这也是当前微震监测的最大问题.应用向量扫描的专用微震监测仪器应当适合地表接收具有剪切成分的微弱地震信号、可独立布设、和无线高速传输数据,以适应地表恶劣监测环境和对监测的常规合理要求.记录仪和检波器参数或性能,均应围绕这些要求设计和研制;特别的,检波器应具有较高的灵敏度、恰当的3D地面运动响应频率范围(较低的自然频率)、与大地高度耦合为一个整体的特性.在地表实施向量扫描的理想微震监测台网,作为努力方向,应当是:每个台点非常安静;台点尽可能接近目标;台点越多越好;和台点均匀分布并包围覆盖监测目标地表投影点(域).为满足向量扫描应用的必要条件、适合地面监测环境、并照顾到对监测方法的常规要求,除按理想微震监测台网的条件去努力外,实际应用时,台网布设原则应当是:(1)台点距诸如压裂车等强干扰源的近边界约在1 km;(2)排除监测区域内所有强干扰源影响范围后,以满足安静点数值定义布设台点;(3)台点距强干扰源的远边界,应服从安静点定义和越接近目标越好的原则.     

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

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小震以上的天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．     

微地震压裂监测技术研发进展

本文对近些年微地震压裂监测主要方法的研发现状从地震学角度做了简要的回顾和评论,讨论了它们的观测和处理手段的可行性与局限性;特别是依据已有观测事实,讨论了在地表布设千台地震仪(检波器)以内的地震台网时,拾取压裂破裂弹性波到时进而实施定位的可能性.文中强调了:研发和评价任何微震压裂监测方法,应当明确压裂产生的大量微小震级破裂和它们具有剪切成分的特性,也要顾及日常生产应用的要求和一般监测环境.井中邻近监测和实施传统定位处理,在检波器阵距压裂点几百米内,信噪比高,应是目前精度较高的最可靠的方法;若数据处理得好,它虽然不大可能作为日常手段,但可用于科研和检验其它方法.对地表大规模阵列式监测,定位处理因成功率较低和施工复杂似乎不能用作日常手段;若实施叠加或偏移处理,即使使用单分量阵也要顾及初动极性,以及最好避免大批量的非安静点的设置.微破裂向量扫描应当是可行的,但仍然需要进一步完善以克服其局限性.     

唐山地震区三维速度结构研究

<正>为了研究某些震源区的细结构,可以在震源区周围布设几千米点距的密集临时地震台网,记录近场微震资料。近场资料的特点是震源—接收台站之间的路径较短,接收到的地震波直接反映震源区介质的信息,并且台站之间距离较小且分布较均匀。因此,可以得到精细的震源区成像结果。在唐山至滦县地区布设过由30个台站组成的密集临时地震台网,得到了大量的微震记录。利用地震成像方法对临时地震台网资料做     

微破裂向量扫描技术的自动化数据处理

本文是微破裂向量扫描技术(Vector Scanning—VS)系列文章的第四篇.前三篇分别为微地震压裂监测技术研发进展、VS的原理、VS的数据采集(见本文参考文献).为满足微震监测中应用VS的必要条件,即获得小振幅的随机记录,在数据处理中,必须数值化地判断凸显的、或隐藏在背景噪声中的有规律的干扰.目标区内外与监测目标无关的干扰记录被视为外来能量,应去除或压制.换言之,依然是尽力提高有效信噪比.数据处理的主要任务是:处理准备,包括扫描几何设计、构建监测目标区的速度模型、与计算扫描体内各点的地震波射线传播到达各观测点的走时和入射参数表;判别、去除、和压制各类干扰噪声;及完成扫描计算.作为去噪后达到的目标,小振幅的随机背景记录应当是:远处无穷个振源及观测点附近弱电磁场干扰的组合,是无规律或时空上不可预报从而也不可能去除的波动;这些背景噪声的振幅应尽可能的小;有效频率带内,每个频率携带有差别不大的能量密度,即接近白噪声.因而,在时间、频率、和空间域,必须在去噪过程中搜寻、压制或去除下列干扰:任何在周期上可能重复的记录;任何携带较高能量的窄带频率;凸显的任何较大振幅;以及除有用信号外,台站间可能相关的其他记录;等等.要实现数据处理的工程化,主要是软件的高度自动化,需要将VS的必要条件、物理等科技知识、经过验证的观测结论、和计算经验实现数值化,融入到一个专家系统中.     

基于向量扫描法的微地震震级确定方法

对地震记录中显著可视事件震级的确定,已有如里氏震级、矩震级、不同定义的震级之间的关联、震级与能量之间的关系等成熟方法。然而,由于微地震事件记录常淹没在背景噪声中,无法实施包括确定震级在内的传统定位。为比较不同类型不同地域的微震大小、研究微震机制及诱发原因、使用其安全预警等,我们外延里氏震级到微震范畴,定义了等效里氏微震震级:根据微破裂向量扫描输出的无量纲能量或最小信噪比,估计一定时空中单位时间单位台站所接收的在时空目标一点上的等效能量和震级。文中列出了目前我们在微震监测中发现的几类微震的大小规模。      

甘肃省2个区域数字地震台网及其监测情况和资料处理

介绍了近期建设和运行的张掖台网和天祝－古浪台网的情况,包括台站分布、仪器情况、资料处理方法和监测区域的壳速度结构,列出了张掖台网监测到的微震１５７次以及天祝－古浪网记录的３２９次微震的震中分布图。     

首都圈数字地震台网的微震定位实验

新建成的首都圈数字地震台网由 10 7个数字地震台站组成 ,其地震监测和定位能力需要检验。此文主要目的是为评估首都圈数字地震台网的地震活动监测能力提供参考依据。在地震定位中 ,应充分发挥数字地震记录的优势 ,采用相应的数字地震记录处理技术 ,提高地震定位的可靠性和精度。采用滤波、偏振及台站扫描、震相追踪等数字技术 ,提高了震相识别的可靠性和精度 ,并用Geiger方法对 2 0 0 1年首都圈数字地震台网记录到的 7个网内及网缘微震 (ML<2 .0 )进行了精确定位 ,还通过对爆破的定位来检验程序和方法的可靠性和精度。结果表明 ,震中定位误差估计小于2km ,震源深度误差估计小于 3km     

基于重复微震的小江断裂带深部滑动速率研究

利用云南数字地震台网1999~2011年的波形资料,通过辨识源于同一位置破裂的重复微震来估算小江断裂带不同段落、不同深度的断层滑动速率.针对研究区台站分布稀疏的客观情况,应用了在子采样条件下基于S-P相对到时差来约束地震相对位置的方法,在小江断裂带识别出29组重复微震,其复发间隔存在差异变化.重复微震的时空分布初步分析表明:准周期的重复微震在空间上相对独立,远离其它重复微震和背景地震; 在重复微震集中分布的区域,位置相近的重复微震可能会相互作用而影响其复发间隔;在背景地震活跃阶段,相邻背景地震发生引起的应力变化可能缩短重复微震的复发间隔.利用重复微震的地震矩和重复间隔,估算出小江断裂带孕震深处3~12 km的滑动速率为1.6~10.1 mm·a^-1,显示不同破裂段的深部滑动速率存在明显差异.     

微破裂向量扫描在丰探15井压裂微震实时监测中的应用

浙江油田苏北采油厂于2017-07-28～29对丰探15井近4 km深的泰二段第三段进行了水力压裂,分成试压和主压.我们同时应用微破裂向量扫描(Vector Scanning,VS)实施了地面微震实时监测,目的是评估监测质量、实时监测的可行性、与压裂效果.我们严格执行了安静处布台和有效去噪等应用VS的必要条件,最大限度地提高了信噪比,平均的最小信噪比为2.35%;输出结果可靠.为今后更有效地设计和控制压裂,通过电信网和互联网,我们实施了野外采集数据的实时传输和遥控数据处理解释,观察了每分钟裂缝带的发展;实时监测系统可行.主压的最终X型破裂明显是在试压裂缝的基础上,由试压的300 m长,扩展到400～500 m,并加密了缝网;井域最大主压应力方位被限制在NE(50～80)±5°.本次压裂微震活动有明显的间歇性,较大微震群发生前积累能量所需时间,由初期的10 min内,逐渐延长到最后的百分钟.微震活动由压裂点扩展到远处的顺序清晰,这可能同此井附近的介质较为完整有关.每分钟的压裂微震活动状态一般在5～15 min内可报告给压裂施工团队.通过这次典型的水力压裂微震实时监测,我们验证了:VS的原理可行,且满足其应用的必要条件极为重要.微震实时监测有效地指导了压裂泵注程序的优化,针对监测到的缝网形态及时采取了液性变化、停泵转向等手段,实现了更大的改造体积.     

火山区台站观测的地震波分析与应用

以长白山天池台记录的地震Ｐ、Ｓ波及腾冲台记录的地脉动资料为基础，分析研究了火山区台站观测的地震波在微震监测与分析、火山地震类型判别、火山区介质非均匀性与各向异性分析以及地震预报与火山喷发监测在预报中的应用．     

强震震源破裂过程浅析

通过了解强震震源区域周边地带地震破裂过程及破裂长度,根据各地震台网记录的地震数据设定计算模型,对地表或深井中的破裂效应进行研究,得出微破裂或破裂链形成的动力过程,可对地震进行一定预测。     

密集台网微震定位技术在矿山开采动态监测中的应用研究

利用河南新密超化镇某矿区布设的密集临时地震台网观测资料,通过微震震源精确定位手段,实现强干扰背景下该地区某煤矿地下开采面的定位追踪试验研究。微震定位后,爆破点位置的水平精度为±70m,垂直精度为±500m。试验研究结果表明,利用高密度数字地震台网资料,可较为准确地监测矿山地下开采面的动态变化,从而实现对矿产资源越界开采和小矿非法开采的有效制约和监督。同时,本次试验结果显示地震台网的监测控制范围受爆炸源能量、地下开采面的深度、监测区背景噪声、监测仪器的灵敏度和抗干扰能力等因素影响,试验结果可对今后矿区地震监测台网的合理布设提供有效指导。     

上海数字地震台网监测能力评估

利用近震震级公式,分别对上海数字地震台网监测能力、上海佘山地震台阵作为一个加强台站与上海数字地震台网联合定位的监测能力进行估算并比较两者的评估结果,同时利用上海台网的地震记录对评估结果进行检验.结果显示,把台阵作为加强台站加入台网进行联合定位时,台网的监测能力明显提高,本次评估结果基本符合实际上海数字地震台网真实地震监测能力.     

发展中的山东数字地震台网

山东数字地震台网承担山东地区及附近海域的大震速报和微震监测任务。随着国民经济的发展和数字化技术的成熟,在“八五”期间建设了济南无线遥测地震台网;“九五”期间改造建成了数字遥测地震台网;“十五”期间山东数字地震台网建设后,台站布局、监测能力、大震速报效能得到加强,为地震研究、地震速报、地震应急提供了可靠的技术平台。     

基于稀疏分布特征的井下微地震信号识别与提取方法

井下微震监测获得的地震记录往往包含大量的噪声,记录信噪比很低.有效地震信号的识别与提取是进行后续地震定位等工作之前需要优先解决的问题.经过研究发现,井下水压裂微地震信号具有稀疏分布的特征,而井下环境噪声则具有更多的Gaussian分布特征.为此,本文提出将图像处理领域适宜于稀疏分布信号降噪处理的稀疏码收缩方法应用于井下微震监测数据处理.为解决需要利用与待处理数据中有效信号成分具有相似分布特征的无噪信号序列估算正交基以及计算效率等问题,将原方法与小波变换理论相结合.即通过优选小波基函数作为正交基进行小波变换将信号分解为不同级的小波系数,利用稀疏码收缩方法中对稀疏编码施加的非线性收缩方式作为阈值准则对小波系数进行改造.通过多方面的数值实验证明了该方法在处理地震子波及井下微地震信号方面准确可靠.含噪记录经过处理后有效地震信号的到时、波形、时频谱特征等均能得到良好的识别和恢复.并且该方法具有很强的抗噪能力,当信噪比低至-20~-30db时,仍然能够发挥作用.在处理大量实际井下微震监测数据的过程中,面对多种复杂情况,本方法展现出了计算效率高、计算结果可靠、应用简单等优势,证明了其本身具有实际应用价值,值得进一步的研究和推广.     

流域化数字水库地震台网监测系统

雅砻江数字水库地震台网技术系统按照流域化建设和运行模式,以科学合理的测震台站布设、多样化及时通信组网方式和现代化台网中心,构成一个台站流域化布局、地震数据传输通信方式多元化、监测成果实时共享的水库地震监测系统,为工程安全监测和区域防震减灾及相关研究工作提供准确详实的基础资料,并为同类工程及大规模水库地震台网的设计和建设提供参考依据。     

腾冲火山区微震类型与波谱分析

利用腾冲火山地区流动数字化地震台网的微震资料,对发生于火山区内及附近地区的24个微小地震事件进行波谱分析.采用布龙模式计算震源参数.研究这些微震震源参数,显示位于火山区南部的热海和马鞍山一带应力降较高,平均达41 bar,其它地区应力降较低,平均在0.1～4bar之间.反映了该地区应力场背景较高,主要以小震群、微破裂及汽爆等方式释放应力.通过对微地震记录事件的时域和频域分析,将腾冲火山地区微地震事件划分为四个类型,即包络型、汽爆型、高频型和震群型.     

煤矿微震监测台网优化布设研究

煤矿冲击矿压现象日益严峻,作为矿山动力灾害的主要监测手段,微震监测系统已在许多矿井广泛使用,为保证矿震定位和能量计算的准确,提高预测预报煤矿冲击矿压的可行性,应建立一套台网布设优化及评价系统.应用微震定位和D值优化设计理论,结合煤矿实际条件研究了影响矿震定位精度的主要因素和不利条件,并提出了采用综合指数法确定煤矿高微震活动区域和区域内矿震发生的概率,制定了台站候选点和监测区域确定的一般原则.通过理论分析震中和震源标准差反映台网定位能力的不足,建立基于数值仿真实验方法的震中与震源误差期望值模型,最终形成台网布设优化及评价系统.实验和现场应用结果表明,该系统能够快速确定台网最优布设方案,准确评价台网定位能力,满足煤矿微震监测的需要.     

腾冲炎山区微震类型与波谱分析

利用腾冲火山地区流动数字化地震台网的微震资料,对发生于火山区内及附近地区的２４个微小地震事件进行波谱分析。采用布龙模式计算震源参数。研究这些微震震源参数,显示位于火山区南部的热海和马鞍较高,主要以小震群、微破裂及汽爆等方式释放应力。通过对微地震记录事件的时域和频域分析,将腾冲火山地区微地震事件划分为四个类型,即包络型、汽爆型、高频型和震群型。