本發(fā)明屬于物探工程技術(shù)及裝備，特別涉及基于多方位微地震觀測的裂縫活動性判斷方法。

背景技術(shù)：

1、南方海相頁巖為代表的非常規(guī)油氣資源，其儲層極其致密，滲透率極低，普遍使用水平井水力壓裂改造技術(shù)實(shí)現(xiàn)規(guī)模經(jīng)濟(jì)開發(fā)，即通過鉆水平井增加儲層油氣的泄流面積，水力壓裂技術(shù)產(chǎn)生的人造縫網(wǎng)溝通巖石中的微裂縫，從而提升儲層滲透率和單井產(chǎn)量。然而，水力壓裂對地下儲層改造的范圍、水力壓裂改造的時(shí)空效果評估、水力壓裂改造后油氣產(chǎn)量的判斷等對非常規(guī)油氣開發(fā)十分關(guān)鍵，極其需要一種“監(jiān)測巖石破裂的瞬時(shí)脈動，透視儲層延展的動態(tài)影像”的技術(shù)來滿足非常規(guī)油氣資源規(guī)模經(jīng)濟(jì)開發(fā)的迫切需求，這項(xiàng)技術(shù)就是微地震技術(shù)。

2、微地震技術(shù)作為現(xiàn)場實(shí)時(shí)評價(jià)工程響應(yīng)及壓裂效果的一項(xiàng)重要支撐技術(shù)，在水力壓裂過程中發(fā)揮著極其重要的作用。某地區(qū)盆地地下裂縫極其復(fù)雜，應(yīng)力環(huán)境較為復(fù)雜，使得在水力壓裂干擾下更容易引起天然裂縫活動，從而使得壓裂液體沿著天然縫網(wǎng)流失而引起壓裂液的漏失，亦可能觸發(fā)更大尺度的裂縫活動并引起井筒變形等可能的工程事故。因此，如何通過基于微地震震源參數(shù)和地震波動力學(xué)特征，揭示裂縫破裂的觸發(fā)機(jī)制，對于水力壓裂效果評估、風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警和防控、壓裂施工參數(shù)的調(diào)整等具有重要作用。

3、當(dāng)前，微地震技術(shù)在裂縫破裂時(shí)間、破裂位置的反演中較為成熟，在裂縫破裂方式(震源機(jī)制)、破裂尺度、破裂宏觀應(yīng)力環(huán)境具有一定的應(yīng)用效果。然而，在裂縫破裂由孔隙應(yīng)力導(dǎo)致、彈性應(yīng)力導(dǎo)致或孔隙應(yīng)力和彈性應(yīng)力聯(lián)合所致等觸發(fā)裂縫活動的判別技術(shù)上尚未成熟，且尚無基于地震波信息開展觸發(fā)裂縫活動應(yīng)力類型的技術(shù)研究和應(yīng)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對上述問題，本發(fā)明利用微地震震源定位、震源機(jī)制、地震波動力學(xué)特征的計(jì)算和流程建立，實(shí)現(xiàn)地下人工作用條件下裂縫活動觸發(fā)類型的分析，從而達(dá)到更好地評估水力壓裂效果，調(diào)整壓裂施工參數(shù)、優(yōu)化壓裂施工設(shè)計(jì)、評估產(chǎn)能等目的。

2、本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：一種基于多方位微地震觀測的裂縫活動性判斷方法，所述方法包括以下步驟：

3、通過微地震多方位監(jiān)測震源定位技術(shù)，獲取微地震震源定位坐標(biāo)和裂縫破裂起始時(shí)間；

4、根據(jù)微地震震源定位坐標(biāo)對微地震觀測的三個(gè)分量數(shù)據(jù)進(jìn)行矢量旋轉(zhuǎn)和合成，得到新的地震波三分量數(shù)據(jù)；

5、基于新的地震波三分量數(shù)據(jù)以及裂縫破裂反演震源機(jī)制解，獲取反演震源機(jī)制震源參數(shù)m；

6、根據(jù)反演震源機(jī)制震源參數(shù)m，建立裂縫誘發(fā)類型識別模型。

7、進(jìn)一步地，所述根據(jù)微地震震源定位坐標(biāo)對微地震觀測的三個(gè)分量數(shù)據(jù)進(jìn)行矢量旋轉(zhuǎn)和合成，得到新的地震波三分量數(shù)據(jù)包括：

8、在縱向分量上獲取p波，在徑向分量上獲取sv波，在切向分量上獲取sh波；基于震源坐標(biāo)x，y，z和震源定位使用的速度v(x，y，z)，分別計(jì)算p波、sv波和sh波在三分量記錄上的準(zhǔn)確達(dá)到時(shí)間tp、tsv、tsh；

9、在縱向分量上獲取p波波形表示為：

10、sp＝[sp，1(χr，1，tp，1)，...，sp，i(χr，i，tp,i)，...，sp，n(χr，n，tp，n)]；

11、在徑向分量上獲取sv波波形表示為：

12、ssv＝[ssv，1(χr，1，tsv，1)，...，ssv，i(χr，i，tsv，i)，...，ssv，n(χr，n，tsv，n)]；

13、在切向分量上獲取sh波波形表示為：

14、ssh＝[ssh，1(χr，1，tsh，1)，...，ssh，i(χr，i，tsh，i)，...，ssh，n(χr，n，tsh，n)]。

15、進(jìn)一步地，所述基于新的三分量地震波數(shù)據(jù)以及裂縫破裂反演震源機(jī)制解，獲取反演震源機(jī)制震源參數(shù)m包括：

16、基于新的三分量地震波數(shù)據(jù)以及sp、ssv、ssh反演震源全張量的震源機(jī)制解，獲取反演震源機(jī)制震源參數(shù)m(iso，clvd，str，dip，rak)；其中，iso代表水力壓裂的所致裂縫的張性破裂所占比例，clvd表示補(bǔ)償線性矢量偶極子所占比例，str、dip和rak分別代表雙力偶破裂dc分量的方位角、傾角和滑動角。

17、進(jìn)一步地，根據(jù)反演震源機(jī)制震源參數(shù)m，建立裂縫誘發(fā)類型識別模型包括：

18、若iso分量piso為正，|piso|＞＞|pdc|，則裂縫誘發(fā)類型為流體應(yīng)力所致的尖端張性破裂，流體應(yīng)力特征為孔隙應(yīng)力；

19、若iso分量piso為負(fù)，|piso|＞＞|pdc|，則裂縫誘發(fā)類型為流體應(yīng)力消失所致的裂縫閉合，流體應(yīng)力特征為孔隙應(yīng)力；

20、若iso分量piso為正且伴有dc分量pdc，|piso|＞|pdc|，則裂縫激發(fā)類型為孔隙流體流入裂縫，使裂縫中的應(yīng)力增大而引起裂縫尖端破裂，在此過程中伴隨著拉裂和剪切破裂，流體應(yīng)力特征為孔隙應(yīng)力為主、彈性應(yīng)力為輔；

21、若iso分量piso為負(fù)且伴有dc分量pdc，|piso|＞|pdc|，則裂縫誘發(fā)類型為流體流出而導(dǎo)致孔隙應(yīng)力的變化，從而觸發(fā)裂縫尖端破裂，并伴隨著拉裂和剪切破裂，流體應(yīng)力特征為孔隙應(yīng)力為主、彈性應(yīng)力為輔；

22、若iso分量piso為正且伴有dc分量pdc，|piso|＜|pdc|，則裂縫誘發(fā)類型為彈性應(yīng)力觸發(fā)引起裂縫尖端破裂，流體應(yīng)力特征為孔隙應(yīng)力為輔、彈性應(yīng)力為主；

23、若iso分量piso為負(fù)且伴有dc分量pdc，|piso|＜|pdc|，則裂縫誘發(fā)類型為彈性應(yīng)力觸發(fā)引起裂縫尖端破裂，流體應(yīng)力特征為孔隙應(yīng)力為輔、彈性應(yīng)力為主。

24、進(jìn)一步地，根據(jù)反演震源機(jī)制震源參數(shù)m，建立裂縫誘發(fā)類型識別模型還包括：

25、若|piso|＜＜|pdc|，且震源點(diǎn)附近與井筒存在連通，裂縫誘發(fā)類型為彈性應(yīng)力觸發(fā)引起裂縫尖端破裂，流體應(yīng)力特征為彈性應(yīng)力合并孔隙應(yīng)力；

26、若|piso|＜＜|pdc|，且震源點(diǎn)附近與井筒不存在連通，裂縫誘發(fā)類型為彈性應(yīng)力所致的滑動破裂，引發(fā)裂縫尖端的張性破裂；流體應(yīng)力特征為彈性應(yīng)力。

27、一種基于多方位微地震觀測的裂縫活動性判斷方法，所述方法包括以下步驟：

28、通過微地震多方位監(jiān)測震源定位技術(shù)，獲取微地震震源定位坐標(biāo)和裂縫破裂起始時(shí)間；

29、根據(jù)微地震震源定位坐標(biāo)對單分量數(shù)據(jù)獲取p波波形和s波波形；

30、利用sp反演震源機(jī)制的dc分量；或分別計(jì)算p波波形和s波波形的平均振幅；

31、建立p波波形和s波波形的平均振幅的判別關(guān)系；

32、根據(jù)sp反演震源機(jī)制的dc分量或p波波形和s波波形的平均振幅的判別關(guān)系，建立裂縫誘發(fā)類型識別模型。

33、進(jìn)一步地，所述根據(jù)微地震震源定位坐標(biāo)對單分量數(shù)據(jù)獲取p波波形和s波波形包括：

34、根據(jù)微地震震源定位坐標(biāo)對單分量數(shù)據(jù)在垂直分量上分別獲取p波波形和s波；

35、p波波形表示為：

36、sp＝[sp，1(χr，1，tp，1)，…，sp，i(χr，i，tp，i)，…，sp，n(χr，n，tp，n)]；

37、s波波形表示為：

38、ss＝[ss，1(χr，1，ts，1)，...，ss，i(χr，i，ts，i)，...，ss，n(χr，n，ts，n)]。

39、進(jìn)一步地，分別計(jì)算p波波形和s波波形的平均振幅包括：

40、p波波形平均振幅ap為：

41、

42、s波波形平均振幅as為：

43、

44、其中，ap，i、as，i分別為第i個(gè)觀測點(diǎn)p波、s波距離震源的傳播路徑效應(yīng)補(bǔ)償因子；ti表示地震波的長度；tp，i、ts，i分別表示地震p波和s波的起始時(shí)間。

45、進(jìn)一步地，所述建立p波波形和s波波形的平均振幅的判別關(guān)系為：

46、判斷p波波形平均振幅ap與s波波形平均振幅as的比值大小。

47、進(jìn)一步地，所述根據(jù)sp反演震源機(jī)制的dc分量或p波波形和s波波形的平均振幅的判別關(guān)系，建立裂縫誘發(fā)類型識別模型包括：

48、若p波平均振幅ap與s波平均振幅as的比值則裂縫誘發(fā)類型識別模型為孔隙應(yīng)力觸發(fā)；

49、若p波平均振幅ap與s波平均振幅as的比值則裂縫誘發(fā)類型識別模型為彈性應(yīng)力或彈性應(yīng)力與孔隙應(yīng)力綜合作用觸發(fā)；其中，rat2為比例。

50、本發(fā)明通過基于多方位觀測的微地震波反演震源參數(shù)，結(jié)合微地震p波、sv波和sh波的振幅特征及震源機(jī)制解，推斷導(dǎo)致裂縫活動的主要應(yīng)力作用模式。本發(fā)明設(shè)計(jì)的基于多方位微地震觀測的裂縫活動性判斷方法的有效實(shí)施，有利于研究地層裂縫是彈性應(yīng)力所致或是孔隙應(yīng)力所致，亦可研究用來鑒別裂縫是流體引發(fā)所致的濕事件，亦或是彈性應(yīng)力引發(fā)的干事件。同時(shí)，該方法的有效實(shí)施還有利于研究井筒變形的應(yīng)力特征。

51、本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的說明書中闡述，并且，部分地從說明書中變得顯而易見，或者通過實(shí)施本發(fā)明而了解。本發(fā)明的目的和其他優(yōu)點(diǎn)可通過在說明書以及附圖來實(shí)現(xiàn)和獲得。