本发明涉及一种基于微地震逆时成像聚焦位置和聚焦特征的速度评价方法，属于微地震监测技术领域。本发明包括以下步骤：获取微地震观测记录；利用给定的纵波和横波速度模型，采用有限差分对地震记录进行逆时反传，得到零延迟域的纵波自相关、横波自相关、纵横波互相关和空间‑时间延迟域和二维空间延迟域纵横波互相关的逆时成像结果；根据这些零延迟域自相关和互相关成像的聚焦位置的差异，以及空间‑时间延迟域和二维空间延迟域的纵横波互相关成像位置和聚焦程度的变化，评价逆时成像所用速度模型准确度，以解决微地震监测震源定位所用速度模型的评价问题。
1.一种基于微地震逆时成像聚焦位置和聚焦特征的速度评价方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤二：在给定的速度模型下，输入得到的微地震记录，通过交错网格有限差分方法计算反传波场，计算方程如下：
其中，P(x,z,t)、S(x,z,t)表示t时刻、空间位置(x,z)处的反传纵波波场和横波波场，x表示空间水平坐标，z表示空间深度坐标，t表示反传波场的传播时间，v表示介质的速度，T表示微地震记录总时间长度，D(xr,T‑t)表示观测的微地震记录，xr表示检波点坐标；
步骤三：对逆时反传得到的反传波场，应用零延迟域纵波自相关，简记PP相关，横波自相关，简记SS相关，纵波横波互相关，简记PS相关，成像条件进行成像，得到零延迟域的成像结果，具体成像条件如下所示：
其中，x表示空间水平坐标，z表示空间深度坐标，t表示反传波场的传播时间，T表示微地震记录总时间长度，IPP(x,z)、ISS(x,z)和IPS(x,z)分别表示零延迟域中PP相关、SS相关、PS相关在空间位置(x,z)处的成像结果，P(x,z,t)和S(x,z,t)分别表示t时刻、空间位置(x,z)处的纵波波场和横波波场；
步骤四：对逆时反传得到的反传波场，利用零延迟域中PS相关成像条件得到的能量聚焦最大值点坐标，应用延迟域成像条件进行成像，得到延迟域的成像结果，具体成像条件如下所示：
δx表示纵波波场和横波波场在空间x方向的延迟值，δz表示纵波波场和横波波场在空间z方向的延迟值，δτ表示纵波波场和横波波场的时间延迟值，Xp_x为纵波反传波场中能量最大值点的空间水平坐标，Xp_z为纵波反传波场中能量最大值点的空间深度坐标，Xs_x为横波反传波场中能量最大值点的空间水平坐标，Xs_z为横波反传波场中能量最大值点的空间深度坐标，P(Xp_x‑δx,Xp_z‑δz，t‑δτ)和S(Xs_x+δx,Xs_z‑δz,t+δτ)分别表示t时刻、空间位置(x,z)处的纵波和横波延迟域波场，Ilags(δx,δz,δτ)表示在PS相关成像结果中能量聚焦最大值点处的延迟域成像结果；
步骤五：根据零延迟域成像结果特征，计算零延迟域中PP相关、SS相关、PS相关成像结果的聚焦位置，即推断的震源位置，之间的距离差异，并且计算延迟域成像结果中聚焦位置是否偏离零延迟值处；
步骤六：构造衡量成像域聚焦范围变化的聚焦评价函数，聚焦评价函数如下所示：其中，Glags(δx,δτ)表示延迟域τx域的聚焦评价函数，Glags(δx,δz)表示延迟域xz域的聚焦评价函数，δτ、δx、δz分别表示时间t、空间x、空间z方向的延迟，εx、εz、ετ为评价函数的参数，分别表示空间延迟δx、空间延迟δz和时间延迟δτ方向上的约束范围；
步骤七：针对延迟域成像特征，调整评价函数中的参数；
步骤八：计算延迟域的聚焦评价函数值，计算公式如下所示：其中，E表示聚焦评价函数值，Glags(δx,δτ)和Glags(δx,δz)表示公式(7)(8)中的评价函数，Ilags(δx,δτ)和Ilags(δx,δz)表示微地震延迟域τx域和xz域逆时成像结果，δτ、δx、δz分别表示时间t、空间x、空间z方向的延迟值；
步骤九：根据步骤五得到的聚焦位置差异和步骤八得到的聚焦评价函数值，评价速度模型的准确度。
2.根据权利要求1所述的基于微地震逆时成像聚焦位置和聚焦特征的速度评价方法，其特征在于，所述步骤一中，所用到的微地震记录为地面监测到的微地震记录。
3.根据权利要求1所述的基于微地震逆时成像聚焦位置和聚焦特征的速度评价方法，其特征在于，所述步骤五中，根据纵波自相关成像与横波自相关成像之间的距离差、纵波自相关成像与纵波横波互相关成像之间的距离差和横波自相关成像与纵波横波互相关成像聚焦位置之间的距离差，得到零延迟域中PP相关、SS相关、PS相关成像结果的震源位置之间的差异。
4.根据权利要求1所述的基于微地震逆时成像聚焦位置和聚焦特征的速度评价方法，其特征在于，所述步骤六中，在延迟域中，在零延迟坐标处构造聚焦评价函数。
5.根据权利要求1所述的基于微地震逆时成像聚焦位置和聚焦特征的速度评价方法，其特征在于，所述步骤八中，对于延迟域成像结果，利用在零延迟坐标处构造的聚焦评价函数和公式(9)、(10)，计算延迟域的聚焦评价函数值。
基于微地震成像特征的速度模型评价方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种基于微地震逆时成像聚焦位置和聚焦特征的速度评价方法，属于微地震逆时成像技术领域。
背景技术
[0002] 震源定位是微震监测的最重要特点和核心技术，根据微地震资料属性的不同，现有的微地震定位方法基本可以分为两类——基于走时的定位方法和基于波场成像的定位
方法。由于地面监测资料信噪比较低，即使有很多噪声压制、有效弱信号提取和提高信噪比
的方法，但是走时拾取依旧很困难，并且在走时拾取中会产生一系列的人为误差，降低定位
的准确度。因而基于微地震逆时成像定位方法得到发展。
[0003] 速度模型的误差对微地震逆时成像定位方法的结果有很大的影响，甚至是对于相对定位方法的结果也有一定的影响。若速度模型不准确，对压裂过程产生的微震事件定位
不准确，导致对裂缝的发展情况预估产生误差甚至是错误的结果，对生产甚至是地质条件
都会产生很大的影响。
[0004] 虽然已知精确的速度模型对于精确的微震定位是至关重要的，但是想要获得准确的初始速度模型却是一个非常困难的问题。在井监测中，通常情况下只有一个或者是少量
的1D测井曲线可以提供有用的帮助。这些测井曲线测量的通常只是限于局部小区域，而且
对于地面微震监测，没有测井曲线约束，速度模型的估计更加是一个严峻的问题。
发明内容
[0005] 为了了解微震定位所用速度模型的准确程度，本发明提出了一种基于微地震逆时成像聚焦位置和聚焦特征的对速度模型的评价方法，以解决微地震监测震源定位所用速度
模型的评价问题。
[0006] 本发明是采用以下的技术方案实现的：本发明所述一种基于微震逆时成像聚焦位置和聚焦特征的速度评价方法，包括如下步骤：
[0007] 步骤一：获取观测的微地震记录；
[0008] 步骤二：在给定的速度模型下，输入得到的微地震记录，通过交错网格有限差分方法计算反传波场，计算方程如下：
[0009] （1）
[0010] （2）
[0011] 其中，P(x,z,t)、S(x,z,t)表示t时刻、空间位置(x,z)处的反传纵波波场和横波波场，x表示空间水平坐标，z表示空间深度坐标，t表示反传波场的传播时间，v表示介质的速
度，T表示微地震记录总时间长度，D(xr, T‑t)表示观测的微地震记录，xr表示检波点坐标；
[0012] 步骤三：对逆时反传得到的反传波场，应用零延迟域纵波自相关（简记PP相关）、横波自相关（简记SS相关）、纵波横波互相关（简记PS相关）成像条件进行成像，得到零延迟域
的成像结果，具体成像条件如下所示：
[0013] （3）
[0014] （4）
[0015] （5）
[0016] 其中，x表示空间水平坐标，z表示空间深度坐标，t表示反传波场的传播时间，T表示微地震记录总时间长度，IPP(x,z)、ISS(x,z)和IPS(x,z)分别表示零延迟域中PP相关、SS相
关、PS相关在空间位置(x,z)处的成像结果，P(x,z,t)和S(x,z,t)分别表示t时刻、空间位置
(x,z)处的纵波波场和横波波场；
[0017] 步骤四：对逆时反传得到的反传波场，利用零延迟域中PS相关成像条件得到的能量聚焦最大值点坐标，应用延迟域成像条件进行成像，得到延迟域的成像结果，具体成像条
件如下所示：
[0018] （6）
[0019] Ilags(δx,δz, )表示在PS相关成像结果中能量聚焦最大值点(Xp_x,Xp_z)处的延迟域成像结果，δx表示纵波波场和横波波场在空间x方向的延迟值，δz表示纵波波场和横波波
场在空间z方向的延迟值， 表示纵波波场和横波波场的时间延迟值；
[0020] 步骤五：根据零延迟成像结果特征，计算零延迟域中PP相关、SS相关、PS相关成像结果的聚焦位置（即推断的震源位置）之间的差异，并且计算延迟域成像结果中聚焦位置是
否偏离零延迟值处；
[0021] 步骤六：构造衡量成像域聚焦范围变化的聚焦评价函数，聚焦评价函数如下所示：
[0022] （7）
[0023] （8）
[0024] 其中，Glags(δx, )表示延迟域τx域的聚焦评价函数，Glags(δxδ, z)表示延迟域xz域的聚焦评价函数， 、δx、δz分别表示时间t、空间x、空间z方向的延迟，εx、εz、 为评价函数
的参数，分别表示空间延迟δx、空间延迟δz和时间延迟 方向上的约束范围；
[0025] 步骤七：针对延迟域成像特征，调整评价函数中的参数；
[0026] 步骤八：计算延迟域的聚焦评价函数值，计算公式如下所示：
[0027] （9）
[0028] （10）
[0029] 其中，E表示聚焦评价函数值，Glags(δx, )和Glags(δxδ, z)表示公式（7）（8）中的评价函数，Ilags(δx, )和Ilags(δxδ, z)表示微地震延迟域τx域和xz域逆时成像结果， 、δx、δz分别
表示时间t、空间x、空间z方向的延迟值；
[0030] 步骤九：根据步骤五得到的聚焦位置差异和步骤八得到的聚焦评价函数值，评价速度模型的准确度。
[0031] 进一步地，所述步骤一中，所用到的微地震记录为地面监测到的微地震记录。
[0032] 进一步地，所述步骤五中，根据纵波自相关成像与横波自相关成像之间的距离差、纵波自相关成像与纵波横波互相关成像之间的距离差和横波自相关成像与纵波横波互相
关成像聚焦位置之间的距离差，得到零延迟域中PP相关、SS相关、PS相关成像结果的震源位
置之间的差异。
[0033] 进一步地，所述步骤六中，在延迟域中，在零延迟坐标处，构造聚焦评价函数。
[0034] 进一步地，所述步骤八中，对于延迟域成像结果，利用在零延迟坐标处构造的聚焦评价函数和公式（9）、（10），计算延迟域的聚焦评价函数值。
[0035] 本发明的有益结果是：采用本发明所述的基于微震逆时成像的微地震速度模型评价方法，通过对微地震监测震源定位所用速度模型准确度的评价，了解所用速度模型的有
效性、准确度及微震逆时成像和震源定位的精确度和可信度。
附图说明
[0036] 图1为本发明的流程图；
[0037] 图2为本发明的P波和S波理论速度模型图。其中的星点表示震源位置；
[0038] 图3为本发明的通过数值模拟得到的微地震P波和S波记录图；
[0039] 图4为本发明的逆时成像所用的P波和S波速度模型图；
[0040] 图5为微地震逆时成像零延迟域的PP相关、SS相关和PS相关成像结果图；
[0041] 图6为微地震逆时成像延迟域PS相关成像结果图。
具体实施方式
[0042] 为了使本发明目的、技术方案更加清楚明白，下面结合实例及附图，对本发明作进一步详细说明。
[0043] 本发明的流程图，如图1所示。
[0044] 本发明提出了一种基于微地震逆时成像聚焦位置和聚焦特征的速度评价方法，包括如下步骤：
[0045] 步骤一：获取观测的微地震记录；
[0046] 步骤二：在给定的速度模型下，输入得到的微地震记录，通过交错网格有限差分方法计算反传波场，计算方程如下：
[0047] （1）
[0048] （2）
[0049] 其中，P(x,z,t)、S(x,z,t)表示t时刻、空间位置(x,z)处的反传纵波波场和横波波场，x表示空间水平坐标，z表示空间深度坐标，t表示反传波场的传播时间，v表示介质的速
度，T表示微地震记录总时间长度，D(xr, T‑t)表示观测的微地震记录，xr表示检波点坐标；
[0050] 步骤三：对逆时反传得到的反传波场，应用零延迟域纵波自相关（简记PP相关）、横波自相关（简记SS相关）、纵波横波互相关（简记PS相关）成像条件进行成像，得到零延迟域
的成像结果，具体成像条件如下所示：
[0051] （3）
[0052] （4）
[0053] （5）
[0054] 其中，x表示空间水平坐标，z表示空间深度坐标，t表示反传波场的传播时间，T表示微地震记录总时间长度，IPP(x,z)、ISS(x,z)和IPS(x,z)分别表示零延迟域中PP相关、SS相
关、PS相关在空间位置(x,z)处的成像结果，P(x,z,t)和S(x,z,t)分别表示t时刻、空间位置
(x,z)处的纵波波场和横波波场；
[0055] 步骤四：对逆时反传得到的反传波场，利用零延迟域中PS相关成像条件得到的能量聚焦最大值点坐标，应用延迟域成像条件进行成像，得到延迟域的成像结果，具体成像条
件如下所示：
[0056] （6）
[0057] Ilags(δx,δz, )表示在PS相关成像结果中能量聚焦最大值点(Xp_x,Xp_z)处的延迟域成像结果，δx表示纵波波场和横波波场在空间x方向的延迟值，δz表示纵波波场和横波波
场在空间z方向的延迟值， 表示纵波波场和横波波场的时间延迟值；
[0058] 步骤五：根据零延迟域成像结果特征，计算零延迟域中PP相关、SS相关、PS相关成像结果的聚焦位置（即推断的震源位置）之间的距离差异，并且计算延迟域成像结果中聚焦
位置是否偏离零延迟值处；
[0059] 步骤六：构造衡量成像域聚焦范围变化的聚焦评价函数，聚焦评价函数如下所示：
[0060] （7）
[0061] （8）
[0062] 其中，Glags(δx, )表示延迟域τx域的聚焦评价函数，Glags(δxδ, z)表示延迟域xz域的聚焦评价函数， 、δx、δz分别表示时间t、空间x、空间z方向的延迟，εx、εz、 为评价函数
的参数，分别表示空间延迟δx、空间延迟δz和时间延迟 方向上的约束范围；
[0063] 步骤七：针对延迟域成像特征，调整评价函数中的参数；
[0064] 步骤八：计算延迟域的聚焦评价函数值，计算公式如下所示：
[0065] （9）
[0066] （10）
[0067] 其中，E表示聚焦评价函数值，Glags(δx, )和Glags(δxδ, z)表示公式（7）（8）中的评价函数，Ilags(δx, )和Ilags(δxδ, z)表示微地震延迟域τx域和xz域逆时成像结果， 、δx、δz分别
表示时间t、空间x、空间z方向的延迟值；
[0068] 步骤九：根据步骤五得到的聚焦位置差异和步骤八得到的聚焦评价函数值，评价速度模型的准确度。
[0069] 其中，所述步骤一中，所用到的微地震记录为地面监测到的微地震记录。
[0070] 其中，所述步骤五中，根据纵波自相关成像与横波自相关成像之间的距离差、纵波自相关成像与纵波横波互相关成像之间的距离差和横波自相关成像与纵波横波互相关成
像聚焦位置之间的距离差，得到零延迟域中PP相关、SS相关、PS相关成像结果的震源位置之
间的差异。
[0071] 其中，所述步骤六中，在延迟域中，在零延迟坐标处，构造聚焦评价函数。
[0072] 其中，所述步骤八中，对于延迟域成像结果，利用在零延迟坐标处构造的聚焦评价函数和公式（9）、（10），计算延迟域的聚焦评价函数值。
[0073] 实施例一：
[0074] 下面结合具体实施方式，对于本发明的理论模型测试进行解释和说明。
[0075] 为了进一步说明本方法的实现思路及实现过程并说明方法的有效性，用一个层状速度模型进行测试，并对结果进行说明。
[0076] S1：建立一个理论速度模型，如图2所示，模型宽度为5000m，深度为3000m，离散网格大小为10m 10m。
[0077] S2：观测系统：采用微地震地面观测系统，水平方向按照网格点每隔10m设置均匀分布的500个检波器，震源位于（2500，1500）m处。微地震记录时间长度为3s，时间采样间隔
为0.001s。
[0078] S3：由理论速度模型（详见图2）和震源函数为15 Hz的雷克子波，通过时间二阶、空间十二阶精度的交错网格有限差分方法求解声波方程，并采用完全匹配层边界条件，得到
数值模拟的微地震记录，如图3。
[0079] S4：由初始速度模型（详见图4）和微地震记录，将微地震记录通过时间二阶、空间十二阶精度的交错网格有限差分方法进行逆时反传到初始速度模型中，利用公式（3）‑（6）
中的成像条件，得到零延迟域（详见图5）及延迟域（详见图6）的成像结果。
[0080] S5：计算零延迟域各成像结果中聚焦位置之间的距离。
[0081] S6：利用公式（7）‑（10），计算延迟域成像的聚焦评价函数值。
[0082] S7：获得的各个成像的聚焦位置之间的距离差及聚焦程度（聚焦评价函数值）如下表所示。综合聚焦位置的差异与聚焦程度的变化，评价速度模型的准确度。结果如下：
[0083]
[0084] 由上表看出，由微地震逆时成像结果位置关系和聚焦范围，PP相关成像聚焦位置位于SS相关成像聚焦位置下方、位于PS相关成像聚焦位置上方，SS相关成像聚焦位置位于
PS相关成像聚焦位置上方，由此可得到，纵、横波速度模型值一个偏大一个偏小；且由于PP
自相关成像聚焦位置位于SS自相关成像聚焦位置下方，则是纵波速度偏小、横波速度偏大。
又根据成像的聚焦程度，延迟域成像聚焦均偏离零延迟位置，且延迟域结果中计算得到的
聚焦评价函数值都大于0.5，并且延迟域τx域聚焦评价函数值为0.88，由于聚焦评价函数值
是一个0到1之间的值，τx域聚焦评价函数值比较靠近于1，可见，P、S波速度模型误差约为一
个较大的误差。
[0085] 以上所述仅为本发明的较佳实施例而己，并不以本发明为限制，凡在本发明的精神和原则之内所作的均等修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的专利涵盖范围内。
