基于射线追踪的微地震正演模拟

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微地震监测技术是近几十年来一项新兴的地震勘探技术,广泛应用于油气田开发、煤矿监测、矿山压力监测、地质灾害监测等多个领域。它通过观测、分析生产活动中所产生的微小地震事件来监测生产活动及地下状态,其基础是声发射学和地震学。利用该技术指导生产可以降低成本、提高经济效益,其先进性受到普遍认可。作为微地震反演的基础,微地震波场正演模拟是微地震监测的重要研究课题之一,也是认识地震波传播规律,检验各种处理方法正确性的重要工具。所以,微地震正演模拟对油气田的勘探开发有着重要的意义。
  微地震正演模拟的方法根据原理不同,主要有射线追踪法和波动方程法,本文重点研究射线追踪法。所谓射线追踪法,是指给定发射点和接收点位置及波速,确定地震波在实际地层中传播的射线路径。传统的射线追踪法主要有试射法和弯曲法。随着克希霍夫积分在实践中获得一系列成功,射线追踪法获得了长足发展,新方法不断涌现。
  遗传算法是以自然选择和自然遗传机制为基础的优化方法,几乎可应用于各个领域。本文根据同一模型,分别以遗传算法和试射法进行射线追踪,讨论两种方法的优劣及适用性。通过比较发现,在得到相似效果的前提下,试射法所需迭代次数远小于遗传算法。在实际应用中,遗传算法容易出现过早收敛的问题,在进化后期搜索效率较低,局部搜索能力较差。应用遗传算法,在维持个体的多样性和保留优秀个体之间较难达到平衡。遗传参数(如种群数量、最大进化代数、交叉率、变异率等)的选取对运行结果有很大影响,但这些参数多靠经验获得,较难把握。而针对简单的层状模型,试射法简单、高效,能快速收敛,且精度达到要求,符合工区的实际情况,故我们采用试射法结合实际资料进行正演模拟。
  正演模拟的主要步骤有以下几个:第一,根据工区地质资料进行地质分层,建立层状模型和界面方程。在建立介质模型时,两口井处的纵波速度可由声波测井的资料获得,两口井之间的速度通过插值求取,横波速度可由经验公式求得;两口井与地层交点连线的倾角可视为地层的真倾角,由此可通过两点建立近似界面方程。第二,在激发点和接收点之间进行射线追踪,求出纵横波的旅行时。进行射线追踪时,要对激发点和接收点的层位加以判定,根据两点所处位置关系分情况求取旅行时。本文所建模型为简单层状模型,旅行时刻分段求取;若为复杂模型时,需要沿射线路经对t积分,通过公式τ(S)=τ(S0)+∫SS0dS/v求取旅行时。第三,给定理论子波,求取纵横波地震合成记录。所选子波为雷克子波,采用0.25ms采样。微地震检波器是三分量检波器,因此需要求得x,y,z三个分量。考虑到能量的衰减,可以进行适当补偿。由于P波和S波的传播特点,其能量分配也有所区别。
  通过正演模拟成果,可见所用算法准确高效,所建模型符合实际,模型计算精度达到预期要求,可以很好的满足正演要求,并能后续的反演提供正确的指导。
  
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