微地震初至自动拾取方法分析

摘 要 微地震技术是一种发展迅速的地球物理方法技术，应用领域较广，主要应用于油田开发和矿井安全防治等领域。

关键词 微地震初至拾取 极值法 能量比法 波形相关法

微地震技术方法主要由微地震初至拾取、事件识别和震源反演三部分组成。微地震初至拾取精度直接决定了事件识别和震源反演两部分的精度；因此，微地震初至拾取在微地震技术中显得十分重要。从而，人们针对此问题研究出来了各种微地震初至自动拾取方法；本文就现有的常用微地震初至自动拾取方法（极值法、能量比法、波形相关法）原理进行分析，并介绍了三种方法的具体算法实现过程。

1极值法

在微地震记录上初至时间是一个很特殊的点，在它之前只存在噪音，微地震的有效信号为零，在它之后是很强的微地震信号。因此选取一个合适的时窗包含初至波有效记录，在时窗内选取微地震记录振幅的极大值或者极小值点来看做微地震记录的初至时间，这种方法称为极值法。对微地震记录数据第一道地震记录和最后一道微地震记录中找出直达波振幅最大的点所对应的时间t1，t2。则每一道的时间间隔为t=（t2-t1）/n（n代表微地震道数）。再给定一个时窗大小T，在第一道微地震记录中以t1为时窗中心，在第n道微地震记录中以（t1+nt）为时窗中心。在每一道微地震记录中的时窗中心点上下1/2T的范围内找出微地震记录振幅最大的点。把每一道微地震记录振幅最大点的时间、振幅和微地震道号计算出来。每一道微地震记录极大点的时间就是每一道微地震初至。

2能量比值法

在微地震记录上初至时间之前的地震有效信号应为零，存在的只是噪声；而在它之后是非常强的微地震信号。因此，初至前后时窗内的微地震能量有非常大的差异。利用微地震初至波在起跳时间前后能量上的差异可用来拾取初至，这种方法称为能量比法，它是由Coppens于1985年提出的Dillon等人指出，初至为记录道上信号能量的出现。

根据实际情况选择合适的时窗长度，将微地震道分成多个小时窗，以每个小时为一个单元，对每个单元内的样点求能量和，将后一个单元的能量和除以前一个单元的能量和并开方，得到前后时窗内的能量比，其公式为 ，X（t）为微地震记录振幅值；为时窗起点，为时窗中点，为时窗终点，R为前后时窗能量比。具体物理意义：如果整个时窗都在初至点以上，那么时窗内前后能量基本上是仪器环境噪声，数值较小，R也为一不大的值；当时窗中心正好压在初至点上时，则R具有最大值。当移到初至下面的时，由于微地震能量相对变化较小，因此不会产生较大的能量比，R值也较小。首先，选取合适的时窗长度，将各道微地震数据分成若干小时窗；然后求取每道微地震数据的时窗前后的能量比，计算出各道的最大时窗前后能量比，最大能量比值所对应的时间，即初至时间。

3波形相关法

波形互相关是一种可以用来衡量两组信号相似性的数学方法。两组信号的相似度越高，其互相关最大值越大。当两组信号为相同信号的不同时移信号时，通过判断互相关的最大值，就可以确定两组信号之间的时差。在实际应用中，相关算法有很多不同的计算方式，主要区别在标准道的建立方式上。

假设任意两道微地震记录x（t）和y（t），按一定的采样间隔离散采样，形成两个时间序列{}和{}（n=1，2…，N）。两者的相关系数计算公式为：

其中：x（n）、y（n）为第n个采样时间点的振幅，N为微地震记录采样点，为相对时移。选取较好的一道微地震数据作为标准，手工拾取初至时间；然后将每道与标准道进行相关，求出最大相关系数所对应的时间点，标准道的初至时间加相关最大值所对应的时间，即为该道的初至时间。

4结语

微地震初至自动拾取方法较多，本文只是对微地震初至自动拾取常用的极值法、能量比法和波形相关法原理和算法实现进行简单的介绍；此三种方法算法简单、容易实现，但受微地震记录品质影响较大，用以上方法对信噪比较低的微地震信号进行拾取往往得不到准确的初至时间；若在实际应用中，应考虑在微地震自动初至拾取之前对微地震记录信号进行滤波，滤除噪音突显微地震信号确保拾取的初至时间是真正的微地震初至时间。

参考文献

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