一種三維各向異性微地震干涉逆時(shí)定位方法及系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及一種微地震定位方法，尤其涉及一種三維各向異性微地震干涉逆時(shí)定 位方法及系統(tǒng)，屬于地球物理勘探領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 傳統(tǒng)的地震定位工作最早可以追溯到1910年蓋戈的工作（Geiger ,1912; Bratt and Bache, 1988)。后來(lái)進(jìn)一步完善形成了現(xiàn)在地震定位中最為普遍的方法---蓋戈方法。 蓋戈方法的核心包括兩部分，第一，把地震的震源位置與地震波走時(shí)的非線性關(guān)系線性化； 第二，利用最小二乘的方法求解此線性系統(tǒng)；由于其完整的求解及其評(píng)價(jià)體系，這類方法一 直以來(lái)被廣泛采用。然而這種方法也有其局限性的，它需要從地震記錄中獲得清晰的縱橫 波走時(shí)信息(Flinn，1965)，要求地震記錄具有較高的信噪比.但在實(shí)際微地震監(jiān)控資料中， 低信噪比是觀測(cè)數(shù)據(jù)的普遍特征，且觀測(cè)數(shù)據(jù)量巨大，因此傳統(tǒng)的蓋戈類方法受到了很大 的限制。
[0003] 同時(shí)近年來(lái)，人們借鑒地震勘探中的偏移成像原理也發(fā)展了不需要拾取震相走時(shí) 信息、適用于低信噪比數(shù)據(jù)的類偏移定位方法.這類方法把微地震源類似成偏移成像中的 繞射點(diǎn)，利用反射地震學(xué)中處理繞射點(diǎn)的成像方法進(jìn)行震源的定位。相應(yīng)的定位過(guò)程可以 分為兩步，即首先延拓觀測(cè)數(shù)據(jù)"重構(gòu)"地下波場(chǎng)，之后施加合適的"成像條件"得到震源位 置和激發(fā)時(shí)間。干涉逆時(shí)成像定位技術(shù)有著適應(yīng)低信噪比數(shù)據(jù)、不需要拾取震相走時(shí)信息， 較高的定位精度和可靠性等優(yōu)點(diǎn)。
[0004] 近十年中，利用圖形處理單元(GPU)進(jìn)行計(jì)算密集型應(yīng)用的加速實(shí)現(xiàn)已經(jīng)得到了 突飛猛進(jìn)式的發(fā)展。圖形處理單元(GPU)由于其具有高速的內(nèi)存帶寬，相較于CPU至少高出 兩個(gè)數(shù)量級(jí)的計(jì)算處理核心，更適合并行計(jì)算的單指令多數(shù)據(jù)(SMD)計(jì)算模式，以及更低 的能耗成本，正廣泛的應(yīng)用到計(jì)算科學(xué)的相關(guān)領(lǐng)域。對(duì)于勘探地球物理領(lǐng)域，對(duì)于使用圖形 處理單元(GPU)的興趣也在顯著增強(qiáng)，越來(lái)越多的研究已經(jīng)將GPU用于加速地震處理中的核 心算法，例如地震數(shù)值模擬、地震成像、地震高精度反演等。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種基于GPU加速的三維各向異性微地震干涉 逆時(shí)定位方法及系統(tǒng)，將GPU加速技術(shù)與三維各向異性微地震干涉逆時(shí)定位算法結(jié)合得到 一種高效、快速的微地震定位方法，進(jìn)而為大規(guī)模微地震監(jiān)測(cè)提供更有力的保證。
[0006] 本發(fā)明解決上述技術(shù)問(wèn)題的技術(shù)方案如下:一種三維各向異性微地震干涉逆時(shí)定 位方法，包括以下步驟：
[0007] 步驟1:建立介質(zhì)模型，對(duì)介質(zhì)模型進(jìn)行網(wǎng)格離散得到多個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)；
[0008] 步驟2:計(jì)算震源函數(shù)，根據(jù)震源函數(shù)計(jì)算每個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)上的壓力值；
[0009]步驟3:將三維各向異性彈性波方程轉(zhuǎn)換為傳播方程，將每個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)上的壓力值帶 入傳播方程進(jìn)行計(jì)算，得到每一刻的波場(chǎng)值；
[0010] 步驟4:對(duì)得到的所有波場(chǎng)值進(jìn)行干涉成像，得到成像結(jié)果；
[0011] 步驟5:對(duì)成像結(jié)果進(jìn)行分析，選取波場(chǎng)值最大的點(diǎn)確定為震源位置。
[0012] 本發(fā)明的有益效果是:采用波動(dòng)方程類定位方法進(jìn)行微地震定位，不需要人工提 取初值，相較于傳統(tǒng)的走時(shí)類方法具有適應(yīng)低信噪比數(shù)據(jù)、不需要拾取震相走時(shí)信息，具有 較高的定位精度和可靠性等優(yōu)點(diǎn);采用GPU加速三維各向異性微地震逆時(shí)定位，大大提高計(jì) 算速度，相較于常規(guī)CHJ實(shí)現(xiàn)，可以達(dá)到20-30倍的速度提升，提高了計(jì)算效率，使得逆時(shí)成 像定位技術(shù)真正可以達(dá)到現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)控的生產(chǎn)性要求。
[0013] 在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本發(fā)明還可以做如下改進(jìn)。
[0014] 進(jìn)一步，所述步驟1具體包括以下步驟：
[0015] 步驟1.1:根據(jù)地質(zhì)背景條件、實(shí)際測(cè)得的巖石物理測(cè)試數(shù)據(jù)和測(cè)井資料數(shù)據(jù)建立 介質(zhì)模型；
[0016] 步驟1.2:采用形狀規(guī)則的三維網(wǎng)格對(duì)介質(zhì)模型進(jìn)行網(wǎng)格離散，得到網(wǎng)格點(diǎn)。
[0017] 采用上述進(jìn)一步方案的有益效果是，將介質(zhì)模型離散成網(wǎng)格點(diǎn)，網(wǎng)格點(diǎn)作為波場(chǎng) 值的載體，由三維結(jié)構(gòu)的多個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)構(gòu)成波場(chǎng)，作為波場(chǎng)傳播的初始條件。
[0018] 進(jìn)一步，所述震源函數(shù)在空間上采用高斯函數(shù)，在時(shí)間上采用Ricker子波，所述震 源函數(shù)的具體公式為：
[0019] s(x,y,z,t)=g(x,y,z) · f(t) 公式（1)
[0020] 其中，fXtXlKjTfQtAexpHjTfQt)2) 公式（2)
[0022] 式中：t表示時(shí)間，fo表示Ricker子波的中心頻率，模型計(jì)算中fo= 15Ηζ，β為常數(shù)； (叉0,7〇,2())為震源的空間位置，1、7和2分別為1軸、7軸和2軸方向上的位置。
[0023] 進(jìn)一步，所述步驟3具體包括以下步驟：
[0024]步驟3.1:將三維各向異性彈性波方程中的微分用差分近似替代，得到相應(yīng)的有限 差分格式的傳播方程，所述傳播方程中空間采樣步長(zhǎng)和時(shí)間采樣步長(zhǎng)必須滿足該數(shù)值格式 的穩(wěn)定性條件；
[0025]步驟3.2:采用區(qū)域分解的方式將每個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)上的壓力值帶入傳播方程進(jìn)行計(jì)算， 得到每一刻的波場(chǎng)值。
[0026]進(jìn)一步，所述步驟4還包括在成像空間域?qū)Τ上窠Y(jié)果數(shù)據(jù)做干涉處理，得到精確的 成像結(jié)果。
[0027] 進(jìn)一步，所述步驟4中米用類WDF(Wigner Distribution Function)數(shù)據(jù)變化進(jìn)行 干涉處理。
[0028]本發(fā)明解決上述技術(shù)問(wèn)題的技術(shù)方案如下:一種三維各向異性微地震干涉逆時(shí)定 位系統(tǒng)，包括建模離散模塊、震源函數(shù)模塊、傳播方程模塊、干涉成像模塊和震源確定模塊；
[0029] 所述建模離散模塊用于建立介質(zhì)模型，對(duì)介質(zhì)模型進(jìn)行網(wǎng)格離散得到多個(gè)網(wǎng)格 占 .
[0030] 所述震源函數(shù)模塊用于計(jì)算震源函數(shù)，根據(jù)震源函數(shù)計(jì)算每個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)上的壓力 值；
[0031] 所述傳播方程模塊用于將三維各向異性彈性波方程轉(zhuǎn)換為傳播方程，將每個(gè)網(wǎng)格 點(diǎn)上的壓力值帶入傳播方程進(jìn)行計(jì)算，得到每一刻的波場(chǎng)值；
[0032] 所述干涉成像模塊用于對(duì)得到的所有波場(chǎng)值進(jìn)行干涉成像，得到成像結(jié)果；
[0033]所述震源確定模塊用于對(duì)成像結(jié)果進(jìn)行分析，選取波場(chǎng)值最大的點(diǎn)確定為震源位 置。
[0034] 本發(fā)明的有益效果是:采用波動(dòng)方程類定位方法進(jìn)行微地震定位，不需要人工提 取初值，相較于傳統(tǒng)的走時(shí)類方法具有適應(yīng)低信噪比數(shù)據(jù)、不需要拾取震相走時(shí)信息，具有 較高的定位精度和可靠性等優(yōu)點(diǎn);采用GPU加速三維各向異性微地震逆時(shí)定位，大大提高計(jì) 算速度，相較于常規(guī)CHJ實(shí)現(xiàn)，可以達(dá)到20-30倍的速度提升，提高了計(jì)算效率，使得逆時(shí)成 像定位技術(shù)真正可以達(dá)到現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)控的生產(chǎn)性要求。
[0035] 在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本發(fā)明還可以做如下改進(jìn)。
[0036] 進(jìn)一步，所述建模離散模塊包括建模模塊和離散模塊；
[0037] 所述建模模塊用于根據(jù)地質(zhì)背景條件、實(shí)際測(cè)得的巖石物理測(cè)試數(shù)據(jù)和測(cè)井資料 數(shù)據(jù)建立介質(zhì)模型；
[0038] 所述離散模塊用于采用形狀規(guī)則的三維網(wǎng)格對(duì)介質(zhì)模型進(jìn)行網(wǎng)格離散，得到網(wǎng)格 點(diǎn)。
[0039] 采用上述進(jìn)一步方案的有益效果是，將介質(zhì)模型離散成網(wǎng)格點(diǎn)，網(wǎng)格點(diǎn)作為波場(chǎng) 值的載體，由三維結(jié)構(gòu)的多個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)構(gòu)成波場(chǎng)，作為波場(chǎng)傳播的初始條件。
[0040] 進(jìn)一步，所述震源函數(shù)在空間上采用高斯函數(shù)，在時(shí)間上采用Ricker子波，所述震 源函數(shù)的具體公式為：
[0041] s(x,y,z,t)=g(x,y,z) · f(t) 公式（1)
[0042] 其中，fXtXlKjTfQtAexpHjTfQt)2) 公式（2)
[0044] 式中：t表示時(shí)間，fo表示Ricker子波的中心頻率，模型計(jì)算中fo= 15Ηζ，β為