美國頁巖油氣的成功開采顛覆了油氣儲層需要滿足必要的孔隙度和滲透性的基本認(rèn)知，學(xué)術(shù)界和工業(yè)界經(jīng)過研究和實(shí)踐獲得油氣儲層是可以改造的這一共識。油氣儲層改造利用水力壓裂使得儲層巖石破裂，改變了巖石的孔隙度和滲透性，從而使吸附和溶解在納米級空隙中的油氣被開采出來。類似于地球深部的斷裂引發(fā)天然地震，儲層巖石的破裂會引發(fā)微小的地震，即微地震。微地震也會在自然界和工業(yè)活動中發(fā)生，例如火山噴發(fā)、地?zé)衢_發(fā)、二氧化碳封存、水庫蓄水等工業(yè)活動都會改變地下應(yīng)力的平衡從而誘發(fā)微地震。微地震的震級一般在0級以下，研究微地震震源的空間分布、震源的破裂類型、震源的能量差異可以對產(chǎn)生微地震的地下介質(zhì)進(jìn)行評價(jià)，進(jìn)而對形成微地震的各類自然的現(xiàn)象和工業(yè)的活動進(jìn)行評價(jià)。近年來，微地震越來越受到科學(xué)研究的重視。本書基于地震學(xué)、巖石力學(xué)和勘探地震學(xué)的基本方法原理，從微地震的形成、微地震事件的識別、信號的處理、震源定位、震源機(jī)制反演以及與微地震相關(guān)的巖石物理實(shí)驗(yàn)出發(fā)，較系統(tǒng)地論述微地震的研究方法，同時(shí)給出研究實(shí)例。本書可供地球物理和巖石物理研究領(lǐng)域的學(xué)者、工程技術(shù)人員、高校和科研院所的教師和研究生在科研工作和生產(chǎn)實(shí)踐中參考。
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目錄
前言
第1章 微地震研究概述 1
1.1 微地震的基本概念 1
1.2 微地震的形成 1
1.3 微地震研究的發(fā)展 2
1.4 微地震研究的意義與難點(diǎn) 4
第2章 微地震波的傳播與正演 8
2.1 微地震波傳播與正演計(jì)算概述 8
2.2 基于廣義反射透射系數(shù)矩陣方法的理論記錄正演 9
2.2.1 方法原理 9
2.2.2 地面和井中觀測的理論記錄的計(jì)算 13
2.3 基于三維彈性波各向異性介質(zhì)波動方程的理論波場正演 15
2.3.1 三維彈性波各向異性波動方程 17
2.3.2 各向異性介質(zhì)波動方程旋轉(zhuǎn)交錯網(wǎng)格有限差分 19
2.3.3 正演計(jì)算中地震矩張量震源模型 21
2.4 三維彈性波中的縱橫波波場 22
2.4.1 基于速度一應(yīng)力方程的縱橫波解耦波場分離公式 23
2.4.2 三維數(shù)值計(jì)算及對比分析 24
第3章 微地震事件的識別 30
3.1 微地震事件識別概述 30
3.2 基于觀測系統(tǒng)優(yōu)化的有效信號獲取 31
3.2.1 觀測系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì) 32
3.2.2 并中觀測微地震事件初至預(yù)測 33
3.2.3 井中觀測微地震信號極化特征預(yù)測 35
3.3 低信噪比微地震事件的識別 39
3.3.1 時(shí)頻稀疏性分析方法 39
3.3.2 低信噪比微地震事件的恢復(fù) 41
3.4 基于POC分析方法的低信噪比微地震信號識別 44
3.4.1 POC方法原理 45
3.4.2 數(shù)值計(jì)算實(shí)例 46
第4章 微地震震源定位方法 50
4.1 微地震震源定位研究概述 50
4.2 干涉走時(shí)法微地震震源定位 52
4.2.1 干涉走時(shí)定位方法原理 52
4.2.2 干涉走時(shí)定位數(shù)值算例 56
4.3 干涉成像法微地震震源定位 59
4.3.1 干涉成像定位方法原理 59
4.3.2 干涉成像定位數(shù)值算例 60
4.4 頻率衰減補(bǔ)償法微地震震源定位 68
4.4.1 頻率衰減補(bǔ)償定位方法原理 68
4.4.2 地層品質(zhì)因子Q值的計(jì)算 70
4.4.3 頻率補(bǔ)償定位反演方法 70
4.5 反褶積偏移成像法微地震震源定位 71
4.5.1 反褶積偏移成像定位方法原理 71
4.5.2 反褶積偏移成像定位數(shù)值算例 74
第5章 微地震震源機(jī)制反演方法 77
5.1 微地震震源機(jī)制反演概述 77
5.2 微地震震源機(jī)制的求解 78
5.2.1 微地震震源的力學(xué)類型 79
5.2.2 微地震研究中常用的震源模型 79
5.3 不同震源模型之間的關(guān)系 83
5.3.1 翦切位錯震源模型與矩張量震源模型的關(guān)系 83
5.3.2 一般位錯震源模型與矩張量震源模型的關(guān)系 84
5.3.3 震源破裂參數(shù)的確定 86
5.4 一般位錯模型震源機(jī)制反演 87
5.4.1 一般位錯模型震源機(jī)制反演基本原理 87
5.4.2 一般位錯震源機(jī)制反演數(shù)值算例 88
5.5 地震矩張量模型震源機(jī)制反演 90
5.5.1 波形匹配震源機(jī)制反演方法原理 90
5.5.2 與震源機(jī)制反演同步的震源位置成像 91
5.5.3 波形匹配反演地震矩張量 92
5.5.4 三維模型震源機(jī)制反演數(shù)值算例 92
第6章 微地震多參數(shù)聯(lián)合反演方法 96
6.1 微地震多參數(shù)聯(lián)合反演概述 96
6.2 震源位置、發(fā)震時(shí)刻聯(lián)合反演方法 97
6.2.1 震源位置成像 98
6.2.2 發(fā)震時(shí)刻反演 103
6.2.3 震源位置與發(fā)震時(shí)刻聯(lián)合反演 104
6.2.4 數(shù)值算例 105
6.3 震源位置與速度模型聯(lián)合反演 110
6.3.1 方法原理 110
6.3.2 數(shù)值算例 111
6.4 震源位置與介質(zhì)各向異性參數(shù)聯(lián)合反演 115
6.4.1 VTI各向異性介質(zhì)控制方程 115
6.4.2 介質(zhì)各向異性參數(shù)反演方法 116
6.4.3 震源與介質(zhì)各向異性參數(shù)聯(lián)合反演方法 117
6.4.4 數(shù)值算例 118
第7章 微地震與巖石物理實(shí)驗(yàn) 131
7.1 適用于微地震研究的巖石水力壓裂實(shí)驗(yàn)方法 131
7.1.1 水力壓裂實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) 132
7.1.2 巖石樣品制備 134
7.1.3 水力壓裂實(shí)驗(yàn)流程 136
7.1.4 巖石壓裂前后的CT成像 137
7.2 聲發(fā)射信號的預(yù)處理 142
7.3 聲發(fā)射事件的走位 144
7.3.1 聲發(fā)射事件定位可信度分析方法 144
7.3.2 聲發(fā)射事件定位與巖心CT圖像的對比 146
7.4 聲發(fā)射事件震源機(jī)制反演 152
7.4.1 聲發(fā)射事件的震源機(jī)制解 152
7.4.2 聲發(fā)射事件震源機(jī)制反演結(jié)果分析 153
7.4.3 聲發(fā)射事件震源機(jī)制反演結(jié)果驗(yàn)證 156
7.4.4 不同類型聲發(fā)射事件震源機(jī)制反演偏差分析 159
第8章 微地震研究的應(yīng)用 168
8.1 震源多參數(shù)聯(lián)合反演的應(yīng)用實(shí)例 168
8.1.1 震源位置與發(fā)震時(shí)刻聯(lián)合反演的應(yīng)用 168
8.1.2 震源位置與速度模型聯(lián)合反演的應(yīng)用 170
8.2 地面微地震震源機(jī)制反演的應(yīng)用實(shí)例 176
8.2.1 一般位錯模型震源機(jī)制反演 176
8.2.2 矩張量模型震源機(jī)制反演 179
8.3 井中微地震震源機(jī)制反演的應(yīng)用實(shí)例 180
8.4 微地震震源參數(shù)的儲層解釋應(yīng)用實(shí)例 183
8.4.1 微地震震源參數(shù)的儲層解釋依據(jù) 184
8.4.2 微地震震源參數(shù)儲層解釋實(shí)例 185
參考文獻(xiàn) 190
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