第七届青年地学论坛

微地震监测是水力压裂效果评估最有效和可靠的手段之一，对于页岩气等非常规油气资源的勘探开发十分重要。微地震定位及震源机制反演是微地震监测需要解决的关键核心问题。基于偏移叠加的定位方法有着不需要拾取震相走时信息、适用低信噪比数据，以及较高的可靠性和定位精度等优点，开始广泛应用于实际微地震监测。但由于定位过程中需要计算目标区域网格点相对于所有接收点的走时，根据绕射曲线对应走时叠加波形数据，计算量比相对传统基于走时拾取的定位方法大。此外，对于偏移叠加类定位方法而言，由于复杂震源机制带来的辐射花样是需要解决的关键问题之一，其直接影响是接收信号的事件波形出现极性变化，使得根据最大能量求取的震源位置不准确。
对于复杂震源机制引起的波形极性变化问题，我们以偏移叠加定位为基础，提出了两种有效的解决方案，分别是最小二乘曲线拟合极性校正偏移叠加定位方法和联合震源机制快速反演的微地震矩张量偏移成像方法。最小二乘曲线拟合极性校正偏移叠加定位方法通过在偏移叠加定位过程中采用最小二乘曲线拟合简单高效的校正波形极性，从而提高定位精度。数值试验表明，该方法在低信噪比的情况下也能正确地校正波形极性变化，即使对弱事件和相邻事件也能得到较准确的事件检测和定位结果。此外，采用最小二乘曲线拟合极性校正相对于震源机制反演方法计算量会显著减少，结合GPU并行加速能基本满足微地震实时定位的需求。但该方法只能处理规则观测系统采集的数据且不能同时给出微地震事件的震源机制解。针对这一问题，我们联合利用微地震事件P波和S波的波形信息同时快速反演震源位置及震源机制，提出了一种联合震源机制快速反演的微地震矩张量偏移成像方法。该方法采用最小二乘反演震源矩张量可以获得理论极性从而进行振幅极性校正，可以适用于任意观测系统，由于得到的震源机制解是所有观测数据的理论最小二乘解，反演具有较好的抗噪性和稳定性。
我们提出的两种基于偏移叠加的微地震定位方法都实现了基于CUDA构架的GPU加速，显著提高了计算效率。模拟数据测试和实际数据的应用都表明新方法具有满足地面微地震实时定位需求的潜力。对于台站分布规则的数据，适合采用更高效的数据域二次曲线极性拟合叠加定位方法；对于台站分布不规则的情况，更适合采用联合震源机制快速反演的微地震矩张量偏移成像方法。

微地震,偏移,定位