微地震信号的震相分离

论文摘要

野外采集的微地震信号,其震源未知,能量弱,信噪比低,波的到达方向随机,因而使铅垂分量和水平分量记录上监测到的波形更加难以识别分离。为此,本文先从微地震监测的基本原理入手,从理论上分析微震监测的激发原理,掌握微地震信号的基本特征。针对井中三分量检波器水平分量方位的随机性,本文利用射孔记录进行检波器的水平分量定位;针对每个分量上监测到的波的到达方向的随机性,通过研究偏振-位置对比法震相分离技术,设计了综合利用波的第一类方向特性和第二类方向特性追踪波的跟踪分量,进行震相分离的方法;在利用波的偏振对比追踪波的跟踪分量时,本文首先从最一般的极化滤波入手,进一步研究针对复杂波场的自适应极化滤波方法;在利用波的第二类方向特性进行波的位置对比追踪波时,本文研究了用频率相干滤波和变速二维窄通带滤波追踪波,最后通过偏振-位置对比的联合追踪波的跟踪分量,达到震相分离的目的。在利用波的偏振-位置对比联合追踪波的跟踪分量时,本文研究了两种偏振-位置对比方法,即:具有给定偏振参数的极化滤波-频率相干滤波相结合的方法与自适应极化滤波-改进的二维窄通带滤波相结合的方法。在频域相干滤波算法设计中,提出左右相干度、循环迭代算法,以达到压制噪音增强有用信号的目的;常规的极化滤波,通过选取固定分量作为期望方向,滤波得到三个偏振方向的剩余互补剖面,叠加在一起,可以粗略的合成微地震信号的跟踪分量。在设计FK滤波时,针对常规二维滤波在处理微地震数据上存在的问题,本文设计了改进的二维窄通带滤波;即:计算相邻道滑动时窗内信号的相关系数,确定时窗内信号的速度范围,然后利用时窗扩展技术消除二维fft变换造成的时空域的混迭和泄漏。设计自适应极化滤波时,通过相邻道最大偏振投影互相关搜索法求取每个波的期望方向（也就是跟踪分量的方向）,然后构造极化滤波因子进行极化滤波选择波,滤波后的三分量微地震记录分别向期望方向投影,合成波的跟踪分量的综合地震记录,即可实现微地震信号的震相分离,清晰地识别各种微震信号。文中的应用实例及模型结果表明:改进的二维窄通带滤波-自适应极化滤波相结合的偏振-位置对比震相分离技术,能够充分利用波的两类方向特性,最大限度的减小振幅的畸变,在绘制的跟踪分量综合地震记录上,清晰地分离出微地震信号的各种震相。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 前言
• 1.1 选题的目的和意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 国外研究现状
• 1.2.2 国内研究现状
• 1.3 存在的问题
• 1.4 研究内容
• 第二章 微地震监测原理及信号特征
• 2.1 微地震监测原理
• 2.1.1 裂缝尖端效应和漏泄效应
• 2.1.2 混合破裂机制
• 2.2 微地震信号的特点
• 2.2.1 微震的波型
• 2.2.2 微地震信号的频谱
• 2.2.3 微震的强度
• 2.2.4 微震发生次数和延续时间
• 第三章 微地震资料的预处理
• 3.1 检波器水平分量的定向
• 3.2 检波器方位角的确定
• 3.3 振幅处理
• 3.4 微地震信号振幅预处理的实现
• 3.5 实例计算
• 3.6 小结
• 第四章 偏振－位置对比联合法震相分离
• 4.1 频域相干-时间域空间极化滤波相结合的偏振－位置对比法
• 4.1.1 基本原理
• 4.1.2 算法实现
• 4.1.3 理论模型结果验证
• 4.1.4 实际资料处理结果分析
• 4.1.5 小结
• 4.2 自适应极化滤波和二维滤波相结合的偏振-位置对比震相分离技术
• 4.2.1 二维滤波在处理微地震数据时存在的问题及解决办法
• 4.2.2 F-X 域道内插原理
• 4.2.3 二维窄通带滤波基本原理
• 4.2.4 投影互相关系数对比搜索法求取信号的跟踪分量方向
• 4.2.5 自适应极化滤波
• 4.2.6 改进的二维滤波方法的分析
• 4.2.7 算法实现
• 4.2.8 理论模型的试算
• 4.2.9 实际微地震资料的试算
• 4.2.10 效果分析
• 4.2.11 小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间取得的学术成果
• 致谢