利用多個陣列的集成的被動和主動地震勘測的製作方法

2023-04-25 02:46:06

利用多個陣列的集成的被動和主動地震勘測的製作方法
【專利摘要】利用掩埋陣列的微震測繪(microseismic mapping)提供了增強的微震測繪結果，其中掩埋陣列具有被動和主動地震勘測的集成。該系統最初是通過在發射3D表面地震勘測的顯著部分的同時利用掩埋陣列安裝記錄地震數據來設置的。3D表面地震勘測提供以下數據：來自掩埋陣列的淺3D VSP數據；用於被受益於規劃數據集成處理工作的掩埋陣列覆蓋的區域的P-波和轉換後的波數據；以及微震數據和關聯的分析。
【專利說明】利用多個陣列的集成的被動和主動地震勘測
[0001] 對相關申請的交叉引用
[0002]
[0003] 本申請要求於2012年2月6日提交的美國臨時申請61/595,510的利益，該申請 的全部內容通過引用被結合於此。

【背景技術】
[0004] 基於陸地的地震勘測使用部署在感興趣區域中地球表面上的地震傳感器的陣列。 一個或多個地震源（例如，振動器、炸藥爆破（dynamite shot)等）生成穿過地球、在地下 地層的中斷和其它特徵反射並且朝著地球表面返回的地震源信號。於是，在表面耦合到地 球的地震傳感器檢測反射的源信號，並且記錄單元記錄檢測到的信號。然後，所記錄的信號 的處理可以用來成像地下，以供分析。
[0005] 基於陸地的地震勘測通常不記錄與幫助淺地球模型特徵化無關的信息。至多，上 向鑽孔信息通常在淺爆破/炸藥孔記錄，並且隨後那種信息用來改進淺"靜態"模型。總體 上說，這種方法是不太理想的並且可以被改進。
[0006] 微震監視使用部署在井筒（wellbore)中或地球表面上的地震傳感器的陣列來檢 測從在地下發生的各種地震事件發出的地震能量。來自傳感器的處理後的信號可以識別地 下事件的位置和事件發生的時間。進而，這種信息可以在多種應用中用來確定沿著巖層或 地層中的斷層的運動、儲層中流體的運動、監視水力斷裂操作，等等。最後，信息的分析可以 用在鑽井完成與生產操作中。
[0007] 微震監視的典型形式使用部署在觀察井鑽孔中的傳感器（即，地震檢波器）的陣 列，其中傳感器優選地定位成靠近所監視的鑽井。例如，圖1示出了一種用於確定目標井中 自然斷裂的分布和朝向的系統。源11泵送在目標井12中用於水力斷裂操作等的流體，其 中鑽井12在地球表面13下延伸到流體或烴儲層14中。從被泵送的流體施加的壓力造成 沿著井12中自然斷裂的運動，從而產生微震事件17。地震波18從該斷裂朝著位於目標井 12幾千英尺內的觀察井21向外輻射。
[0008] 部署在觀察井21中的垂直陣列中的多個傳感器（例如，地震檢波器）22檢測來自 事件17的波18,並且數據記錄設備24記錄檢測到的信號。利用各種算法，隨後信號處理 器25處理記錄的信號並確定地震事件17到傳感器22的壓縮（P)和剪切（S)相的到達時 間，使得事件的震源可以位於目標井12中。見例如美國專利No. 5, 996, 726。如預期的，鑽 觀察井會很昂貴，並且在合適的距離內-通常是1000米內-一個或多個現有鑽井用作觀 察井的適用性在大多數情況下是不可能的。
[0009] 微震監視的另一種方法使用基於表面的傳感器（即，地震檢波器）12的陣列10,如 圖2中所示。陣列10可以布置成利用包圍井筒15的感興趣區域之上地震傳感器12的模 式來監視垂直井筒15中的水力斷裂操作。響應於微震事件，傳感器12檢測與地震振幅相 關的信號，並且記錄單元14記錄該信號進行處理。
[0010] 陣列10具有中心福射形式（hub and spoke form)。在陣列10的臂中的傳感器 12可以彼此隔開幾十米，並且臂的長度可以延伸幾千米。因為陣列10布置在表面處，所以 不需要觀察井。此外，陣列10可以在大的感興趣區域上分布。
[0011] 因為微震事件是在表面檢測的，所以表面噪聲與井下的小事件相比會相當大。 為了克服與噪聲相比信號的微弱性，表面陣列10被射束導向，使得可以識別地下最大能 量點。為此，計算對地下目標點的行程時間校正，並且時間偏移表面傳感器12的軌跡數 據。用於每個目標點的數據被疊加（stack)，從而對地下能量分布的搜索可以給出有可 能是微震事件的位置。於是，從根本上，這種技術嘗試利用速度模型和疊加通過在事件 的任意起始時間h疊加地震數據來檢測事件。見例如授予Eisner等人的美國專利公開 No. 2011/0286306。應當指出，利用射束導向的疊加過程會檢測不到事件，因為微震事件的 極性可能跨地震陣列10不統一。
[0012] 隨著噪聲增加，檢測和定位微震事件變得更不可靠，並且區分實際事件（即，斷 裂、地球偏移等）與假陽性變得更困難。實際上，當存在顯著的表面噪聲時，表面傳感器12 的陣列10會檢測不到由於穿孔或斷裂操作造成的微震事件。雖然傳感器12的陣列10會 方便地震數據的成像，但是實際微震事件是否已經被檢測到的最終不確定性使得難以知道 所成像的是實際事件而不僅僅是假陽性。
[0013] 被動地震勘測的方法在圖3A-3B中說明。在這種方法中，井筒10被鑽到大約100 米或更小的選定深度並且在存在非常高級別的表面噪聲時可以被鑽得更深。懸掛在電纜16 上的垂直布置的地震傳感器陣列（即，單分量或三分量的地震檢波器）12被放到每個井筒 10中，然後井筒被填上。圖3B示出了井筒10如何在表面之上在兩維中布置。
[0014] 當自然發生或引起的微震事件13在地下體積中發生時，傳感器12檢測要由記錄 單元14記錄的地震能量。由每個傳感器12檢測到的信號記錄選定的時段，並且處理器處 理該信號，以射束導向傳感器12的響應，來增強信號檢測並減小噪聲。例如，井筒10中傳 感器12的每個陣列沿著預定的方向被射束導向，並且來自傳感器12的每個垂直陣列的射 束導向後的信號被組合。
[0015] 射束導向重複進行，以便把陣列的響應聚焦到地下要對微震事件進行評估的每個 點。由此，用於微震事件的起點的位置和時間可以被識別。
[0016] 射束導向是通過對來自每個傳感器12的信號記錄添加時間延遲來執行的。以這 種方式，在特定時間特定位置可以發生的任何事件都將被預期在那個關聯的延遲時間到 達傳感器12。因此，應用到信號的時間延遲依賴於每個傳感器12的大地位置和深度。此 夕卜，該時間延遲還依賴於地下地層的地震速度的空間分布，這是通過主動源反射地震勘測 事先確定的並且在有些情況下與從穿透巖層到目標深度的井筒進行的聲學測量組合。見 例如授予Duncan等人的美國專利No. 7, 663, 970和授予Thornton等人的美國專利公開 No. 2011/0242934。
[0017] 雖然以上微震方法可以是有效的，但是應當認識到，在地下地層中所有規模存在 顯著的變化性，並且這種變化性直接影響會獲得什麼結果和如何獲得結果。例如，經驗顯 示，沿鑽井的橫向部分的產量是不均勻的。實際上，來自儲層的任何結果產生的產量都趨於 來自已經被斷裂的那些階段（stage)，這甚至不包括全部的水力斷裂階段。能夠更完全地理 解和特徵化儲層的高空間變化性將總是鑽井完成行業中的一個最終目標。為此，微震監視 具有在高噪聲環境下檢測並記錄小信號、準確定位微震事件並在大區域上測繪那些事件的 持續挑戰。
[0018] 為了申請專利範圍的目的，以上參考圖1至圖3B討論的相關技術不一定是現有技 術。相關技術僅僅是作為背景關於本公開內容的主題討論的。
[0019] 本公開內容的主題針對克服，或者至少減小，以上所提出的一個或多個問題的影 響。


【發明內容】

[0020] 在一種實施例中，根據本公開內容的勘測方法和系統在基於陸地或基於海洋的應 用中集成地下體積的主動和被動勘測。在地震勘測期間，地震信息由兩個傳感器陣列收集。 來自陣列之一的信息用來增強利用來自另一個陣列的信息確定的地下體積的特性（例如， 地下地質概況、近表面速度模型等）的計算。
[0021] 特別地，第一傳感器的第一陣列相對於地下體積布置在第一布置中，而第二傳感 器的第二陣列相對於地下體積布置在與第一布置不同的第二布置中。第一地震數據是響應 於第一地震能量而利用第一傳感器收集的，而第二地震數據是響應於第二地震能量而利用 第二傳感器收集的，其中第二地震能量可以與第一地震能量相同或不同。收集到的第一和 第二地震數據被組合，並且從組合後的地震數據確定地下體積的至少一個特性。
[0022] 作為一個例子，第一傳感器的第一陣列可以是布置在地下體積之上的表面上期望 區域中的表面傳感器的表面陣列。相對照，第二傳感器的第二陣列可以是位於期望的表面 區域內鑽孔中的掩埋或淺掩埋傳感器陣列，或者可以是布置在期望區域內密集布置中的表 面傳感器的貼片（patch)陣列。地震數據是響應於地震能量而利用表面傳感器和掩埋陣列 傳感器收集的。一般而言，地震能量可以利用地震源，諸如爆破裝藥（blast charge)、振動 器等，在地下體積中引起或生成。但是，地震能量可以是自然發生的地震行為，在這種情況 下，地震數據是被動收集的。無論以哪種方式，從表面傳感器和掩埋陣列傳感器收集到的地 震數據都被組合，以確定地下體積的特性。
[0023] 在進一步的處理中，所確定的地下體積的特性可以基於響應於微震事件而利用掩 埋陣列傳感器收集到的地震信號來動態調節。一般而言，微震事件可以是主動引起的或者 自然發生的。例如，斷裂可以由於操作人員在地下體積中的鑽井中執行水力斷裂操作而引 起。由操作生成的任何結果微震事件都可以被周圍鑽孔中的掩埋陣列感測並且用來調節最 初確定的地下體積的特性。可替代地，微震行為可以在地下體積中自然發生。
[0024] 在另一種實施例中，根據本公開內容的勘測方法和系統在基於陸地或基於海洋的 應用中利用相對於地下體積布置的傳感器陣列檢測微震事件。在第一陣列中通過分析用於 第一陣列的至少一個方向中收集到的地震數據來檢測第一時差（moveout)。在一個或多個 第二陣列中通過分析用於所述一個或多個第二陣列的至少一個方向中收集到的地震數據 來檢測一個或多個第二時差。當確定所述一個或多個第二時差與第一時差具有可比性時， 響應於確定第一和第二時差具有可比性而聲明（declare)地下體積中事件的發生。
[0025] 例如，傳感器陣列可以布置在地下體積中的鑽孔中。鑽孔可以在期望的地方鑽， 並且傳感器陣列可以固定在管子上，然後該管子部署到鑽孔中並且固定在位。這在感興趣 區域中的幾個位置以任何期望的間隔或模式重複若干次。傳感器可以是三分量傳感器或者 可以是單分量傳感器，有可能，但不必，布置成在三個分量方向中感測。
[0026] 在使用期間，給定的一個傳感器掩埋陣列檢測單個分量（例如，Z-分量）上規定 的時差。時差可以是線性的並且可以需要在確定產生足夠的時差之前到達某個閾值。對那 同一個掩埋陣列的傳感器響應的分析接著確認其它分量（例如，X-和Y-分量）上時差的 存在。同樣，時差可以是線性的並且可以需要超過給定的閾值。
[0027] 如果在其它分量上確認了時差，則進一步的分析調查一個或多個其它掩埋陣列的 地震數據以用於相似的事件。如果所述一個或多個其它掩埋陣列呈現出指示相似事件的傳 感器響應，則分析確定微震或另一類型的事件已經發生。即使在初始掩埋陣列的其它分量 中沒有時差的肯定確認，時差也可以在任何其它掩埋陣列被確認。
[0028] 最後，來自微震事件的地震數據接著可以用於本文所討論的任何各種目的。實 質上，檢測事件涉及當識別出第一類型的波時確定第二類型的波存在。例如，如果檢測到 P-波，則系統和方法的分析尋找在P-波之後的S-波到達。
[0029] 以上概述不是要概述本公開內容的每種可能的實施例或者其每個方面。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0030] 圖1說明了用於確定地下結構中自然斷裂的分布和朝向的系統。
[0031] 圖2說明了在地面之上分布的監視地下的體積的地震傳感器。
[0032] 圖3A說明了在井筒中部署的傳感器陣列。
[0033] 圖3B說明了具有如圖3A中所示傳感器陣列的井筒的平面圖。
[0034] 圖4A和4B示意性地說明了根據本公開內容用於基於陸地的實現的集成的地震獲 取和監視系統的平面圖和正視圖。
[0035] 圖4C和4D示意性地說明了利用不同傳感器陣列布置的另一種基於陸地的系統的 平面圖和正視圖。
[0036] 圖4E-4F示意性地說明了根據本公開內容用於基於海洋的實現的集成的地震獲 取和監視系統的正視圖。
[0037] 圖5說明了根據本公開內容的地震勘測過程的流程圖。
[0038] 圖6A示意性地說明了根據本公開內容的地震數據處理系統。
[0039] 圖6B說明了根據本公開內容的工作流。
[0040] 圖7A-7B說明了集成的地震獲取和監視系統相對於目標井筒的一部分的平面圖 和正視圖。
[0041] 圖8A說明了根據本公開內容的地震勘測過程的流程圖。
[0042] 圖8B說明了多個掩埋陣列的示意性平面圖，示出了它們的極性和它們的置信因 子。
[0043] 圖9A示出了利用所公開的系統的檢測過程。
[0044] 圖9B-9C示出了利用所公開的系統的微震事件識別流程圖。
[0045] 圖IOA說明了巖石特性和斷裂處理的相互影響。
[0046] 圖IOB說明了所公開的系統如何可以用來預測更高產量的地帶。
[0047] 圖IlA比較表面數據與掩埋陣列數據。
[0048] 圖IlB示出了隨深度的噪聲衰減。
[0049] 圖IlC示出了中值濾波器對分離上行和下行能量的使用。
[0050] 圖IlD示出了從P-波數據確定的矩震級（moment magnitude)，具有來自示例掩埋 陣列安裝的關聯的誤差條。
[0051] 圖IlE示出了從S-波數據確定的矩震級，具有來自示例掩埋陣列安裝的關聯的誤 差條。
[0052] 圖12A-12C示出了用於掩埋接收器的優選傳感器相對於其它傳感器之間的比較。
[0053] 圖13說明了利用優選傳感器的分析建模。
[0054] 圖14說明了利用掩埋陣列中優選傳感器的檢測結果。

【具體實施方式】
[0055] A.集成的陸地地震獲取和監視系統
[0056] 1 ?系統配置
[0057] 圖4A-4B示意性地說明了根據本公開內容生成信息（例如，地質、地質力學、地球 物理等）並成像地下體積或地層的地球地下結構的集成的地震獲取和監視系統100的平面 圖和正視圖。雖然是在基於陸地的實現的情況下進行討論，但是系統100可以在海洋勘測 中使用，如隨後參考圖4E-4F詳細描述的。
[0058] 系統100包括一個或多個源130、在相對於地層（即，地下體積）的第一布置中的 表面接收器120,以及與表面接收器120通信的記錄單元140。在這第一布置中，表面接收 器120基本上水平地布置在相對於地層的一個或多個陣列110中（即，位於地面的近表面 上並且相對於地面和下面的地層基本上平行地布置）。可以提供離水平或平行的任何可接 受的偏差（例如，角度），如本領域技術人員理解的。
[0059] 表面接收器120可以部署為自主的點接收器或者利用電纜布置在一個或多個在 陣列110中。無論以哪種方式，表面接收器120都關於勘測區域隔開，如圖4A中所示，並且 每個表面接收器120可以有一個或多個傳感器122。傳感器122的間隔給出特定的解析度 並且可以為給定的實現設計。傳感器122測量地球物理信息並且可以包括用於獲得多維能 量的單分量或多分量（即，3-分量）傳感器。給定的傳感器122可以包括加速計、速度地震 檢波器、光纖傳感器、麥克風等，並且傳感器122的陣列110可以使用這些的任意組合。
[0060] 除了表面陣列110,系統100還具有位於地震勘測區域內或之外的多個"掩埋"陣 列150。掩埋陣列150由在相對於地層的第二布置中的多個掩埋接收器或傳感器152組成。 在這第二種布置中，給定陣列150中的傳感器152相對於地層基本上垂直地布置（S卩，相對 於地面和下面的地層基本上垂直地布置）。可以提供離垂直的任何可接受的偏差（例如，角 度），如本領域技術人員理解的。雖然陣列描述為被掩埋，但是陣列可以是近表面的傳感器 的"淺陣列"。掩埋或淺陣列可以是永久性的或者可重新部署的。每個傳感器152可以有 一個或多個單或多（三）分量傳感器。最後，陣列150和傳感器152的間隔給出特定的分 辨率並且可以為給定的實現設計。
[0061] 一般而言，給定的掩埋傳感器152可以使用加速計、地震檢波器、水中地震檢波 器、光纖傳感器、麥克風或者其它類型的傳感器，這些可以與和表面接收器120 -起使用的 傳感器122相同或不同。同樣，傳感器152的給定陣列150可以使用這些類型傳感器的任 意組合。如以下指出的，每個傳感器152可以優選地使用具有地震檢波器元件並具有集成 在其中的低噪聲放大器的三分量地震檢波器。掩埋傳感器152在淺鑽孔154中的每個陣列 150中垂直布置，如隨後描述的，這些淺鑽孔的深度是幾十米。
[0062] 一個或多個地震源130把聲能傳遞（impart)到地面中。對於這種基於陸地的實 現，地震源130可以是振動器，但是也可以使用其它類型的源。傳感器122和152接收在地 下結構的邊界反射和折射之後被傳遞的能量，並且隨後傳感器數據利用無線技術或其它通 信技術傳送到記錄單元140。最後，地層可以具有一個或多個被鑽入或被建議鑽入地層中儲 層下面的感興趣的井筒115。
[0063] 用於勘測獲取的一個或多個地震源130可以是常規的源，諸如振動器、炸藥爆破 等。如果使用多於一個源130,則它們可以生成進入地層的不同輸入能量，這可以產生進入 不同陣列110和150的不同類型的地震能量。例如，用於表面陣列110的一個源130可以 使用振動器，而用於掩埋陣列120的另一個源130可以使用炸藥爆破。實際上，所使用的源 130可以不同並且可以產生不同的帶寬，或者，所使用的源130可以相同或不同，但是可以 被同時使用。這些和其它變體也可以使用，如關於本公開內容的利益可以理解的。
[0064] 一般而言，系統100的整體配置（即，陣列110和150及源130如何布置、彼此隔 開，等等）是由目標深度、期望的空間解析度和其它因素確定的。應當指出，陣列110和150 在兩維中的布置不需要遵循如圖4A中所示的規則模式，而是還可以放在某種更隨機的布 置中；假定陣列110和150的表面坐標以足夠的準確度已知。
[0065] 在勘測期間，系統100使用陣列110和150的兩種布置（S卩，朝向和間隔）來提供 地層的不同解析度並提供地層相對於地震能源的相同源130的不同透視或焦點。與地層水 平地布置的表面陣列110相比與地層垂直地布置的掩埋陣列150對地震能量具有不同的朝 向。由此，不同的透視或朝向可以用來進一步增強地層的圖像和所確定的特性，如本文中所 公開的。
[0066] 在勘測期間，例如，地震源130 "射"入掩埋陣列150並且信號被記錄。當信號被 數據處理系統400處理時，來自這些掩埋陣列150的信息用來確定勘測區域中淺地球的彈 性特性。進而，所確定的彈性特性用來優化在表面接收器120中記錄的信息的處理。而且， 如隨後討論的，掩埋陣列150還用於地下地層中微震事件的被動監視。
[0067] 如圖4B中所示，在系統100中使用的少數幾個掩埋陣列150相對於一些地震源 130、表面接收器120和現有或未來的井筒115示意性地示出。如前面指出的，掩埋陣列150 具有部署在感興趣區域內淺鑽孔154中的垂直布置的接收器或傳感器152。每個鑽孔154 都具有垂直地位於其中的一行幾個傳感器152。這些鑽孔154可以是來自周圍鑽井的現有 鑽孔，或者可以為此目的而鑽。雖然傳感器152可以以各種方式懸掛在鑽孔154中，但是傳 感器152優選地部署在管道156上。鑽孔154可以用把傳感器152耦合到周圍巖石並且適 當匹配周圍巖石的P和S阻抗的介質填充。在有些實現中，傳感器152可以固定（cement) 在鑽孔154中，但是傳感器152可以是位於填充鑽孔154的流體中的水中地震檢波器。
[0068] 不考慮耦合方法，鑽孔154可以具有用於在大約每20米部署的大約四至七個傳感 器152的適當深度。一般而言，當存在非常高級別的表面噪聲時，鑽孔154可以鑽得更深， 或者，如果表面噪聲不是什麼問題，則可以鑽得更淺。當然，可以使用更多或更少的接收器 152,並且它們可以具有任何合適的間隔，優選地在鑽孔154中彼此均勻地隔開。
[0069] 圖4A-4B中陣列110和150的兩種不同布置主要關於傳感器的朝向，但是對陣列 110和150使用的密度（S卩，涉及傳感器之間的間隔和相對於地層的放置的空間密度）也可 以相同或不同。也可以使用其它類型的不同布置。例如，圖4C和4D示意性地說明了所公 開系統100利用不同傳感器陣列布置的另一種基於陸地的實現的平面和正視圖。在這裡， 系統100包括形式為多個傳感器162的表面貼片陣列的第二陣列160。在一個例子中，貼片 陣列160可以讓其傳感器162布置在IOOm乘100米的矩陣中，其中每10米布置一個傳感 器162。其它配置也可以使用。雖然一般而言，貼片矩陣160具有比表面陣列110更密集 的傳感器162的集合和配置，並且可以放在地面上與表面陣列彼此不同的位置。這些表面 貼片陣列160可以在除掩埋陣列150之外附加地或者代替之使用，以提供用於所公開系統 100的第二陣列布置。
[0070] 2?勘測過程
[0071] 在理解勘測系統100之後，現在討論轉向圖5所示根據本公開內容的地震勘測過 程300。過程300在圖4A-4D基於陸地的實現的情況下進行討論，但是可以同等地應用到本 文所公開的任何其它實現。廣義地講，在地震勘測期間由傳感器152 (和/或表面貼片傳感 器162)的第一布置收集的信息增強利用傳感器122的第二布置獲得的地層的特性（例如， 地下地質、近表面速度模型等）的計算。
[0072] 更具體而言，為了勘測地層，具有多個第一傳感器的一個或多個第一陣列相對於 地層布置在第一布置中（方框302)。這些包括，例如，圖4A-4D中在表面布置在陣列110中 的表面傳感器122。這些水平布置的傳感器122可以在感興趣的期望區域中並且以期望的 間隔布置並放置。
[0073] 此外，具有多個第二傳感器的一個或多個第二陣列相對於地層布置在第二布置中 (方框304)。這些第二陣列可以包括，例如，圖4A-4B中傳感器152的掩埋陣列150,這些傳 感器可以利用新的或現有的鑽孔154在期望的區域中並且以期望的間隔布置並放置。因為 掩埋陣列150是垂直的，所以它們與表面陣列110具有相對於地層的不同布置（朝向）和 地震能量。此外，掩埋陣列150可以與表面陣列110具有不同的間隔和放置。
[0074] 除了掩埋陣列150或者作為其代替，第二陣列可以包括圖4C-4D中傳感器162的 表面貼片陣列160。即使表面貼片陣列160是水平的並且具有與表面陣列110相同的相對 於地層的朝向，表面貼片陣列160也仍然與表面陣列110具有相對於地層的不同布置，因為 它們具有與表面陣列110不同的密度、間隔和放置。
[0075] 第一地震數據142利用第一傳感器122收集，並且第二地震數據142利用第二傳 感器152/162收集，用於在記錄單元140記錄（方框306)。數據的收集是響應於地震能量而 進行的，其中地震能量可以來自一個或多個主動源130(例如，爆破裝藥（blast charge)、 振動器、氣槍、水槍、電火花震源（sparker)、脈動源、壓縮波源和剪切波源）或者來自被動 源（例如，地震、斷層滑動（fault slippage)、本地井筒115的生產、本地井筒115中的斷裂 操作、冰的破裂、具有可識別的位置的環境源）。用於兩個陣列110和115的數據142可以 在相同或不同的時間獲得。
[0076] 收集到的第一和第二地震數據隨後利用數據處理系統400組合（方框308)，並且 從組合的地震數據確定地層的至少一個特性（方框310)。地層的任何多個特性都可以確 定並且可以包括，但不限於，地下結構、近表面（壓縮和剪切）速度模型、地下的各向異性參 數、聲學和剪切阻抗、非彈性參數、彈性參數、地層密度、地層儲層的脆度、剛度、儲層的斷裂 屬性、儲層的密度、地層或者其部分的孔隙壓力，等等。
[0077] 為了從組合的地震數據確定地層的至少一個特性，通過利用從第二地震數據計算 出的約束來約束利用第一地震數據確定的模型，可以成像特性的模型。在成像中使用的模 型可以是速度、剪切速度、壓縮速度、各向異性參數、衰減參數等的模型，並且成像過程可以 使用基於KirchhofT的、基於RTM的或者基于波動方程的技術。
[0078] 在一種特定的實施例中，成像可以利用來自第二（例如，掩埋、垂直或者更密集 的）地震數據的懲罰約束對第一（例如，表面）地震數據使用波形反演（WFI)，以便從地震 數據的波形信息構造地球模型參數，例如，壓縮速度、剪切速度和密度。在WFI技術中，地下 的特性，諸如壓縮速度，是通過利用地下特性的當前估計最小化（a)在一組陣列（例如，表 面接收器120的陣列110)記錄的數據與（b)在那些相同接收器120建模的數據之間的第 一差值來確定的。在這裡，這第一差值同時利用用於其它組陣列，諸如掩埋陣列150,的等效 第二差值進一步最小化，使得聯合差值在陣列110和150的組之間被最小化。可替代地，用 於其它陣列（例如，掩埋陣列150)的第二差值可以被最小化，並且從掩埋陣列150的分析 得到的預定特性可以隨後在模型的更新中用作最小化第一陣列的第一差值的約束。
[0079] 在另一種實施例中，通過利用第二（例如，掩埋、垂直或更密集的）地震數據約束 淺表面波反演，成像可以生成地層的近表面模型。然後，第一（例如，表面）地震數據利用 所生成的近表面模型來成像。在這種情況下，第二數據集（即，來自掩埋陣列150的）提供 詳細的"上向鑽孔"信息，這種信息可以約束表面波反演並且提供更詳細和準確的近表面模 型。如將理解的，這種近表面模型可以利用第一數據集（例如，來自表面陣列110的）幫助 產生地下的準確圖像。由掩埋陣列150提供的上向鑽孔信息比常規的上向鑽孔爆破時間更 豐富，因為掩埋陣列信息提供壓縮和剪切速度信息，以及衰減測量。因此，靜態校正可以在 處理期間被避免並且可以用通過表面層的更準確的成像步驟代替。
[0080] 在進一步的處理中，地震數據可以響應於來自被動或主動微震事件的微震能量而 利用第二傳感器152/162 (並且可選地還利用表面傳感器122)來收集（方框312)。當這種 進一步的微震數據被分析時，通過對特性確定添加附加的約束，這種分析可以用來動態調 整之前確定的地層的特性（方框314)。
[0081] 特別地，在組合來自兩個透視的收集到的地震數據時（表面陣列110連同掩埋陣 列150和/或貼片陣列160)，系統100從一個透視（陣列150/160)獲得關於地層特性的 直接信息（例如，速度模型、衰減等）並且利用來自另一個透視（陣列110)的直接信息精 煉該特性。例如，來自第二陣列150/160的數據可以用來確定在近表面的地層特性（衰減、 P-波速度模型、S-波速度模型、各向異性等）。然後，這種在近表面的信息用作對由來自表 面陣列110的數據確定的相同地層特性的約束。
[0082] 微震事件可以來自斷裂、幹預及生產，或者事件可以自然發生。例如，在方框306 至310的初始勘測中，初始的近表面速度模型可以響應於主動源130,諸如振動器、炸藥爆 破等，而基於表面傳感器122的讀數和其它傳感器152/162來確定。其後，操作人員可以在 區域中挖本地井筒115或者可以操作現有的井筒115在地層的儲層中進行斷裂、幹預、生產 等。諸如鑽探、斷裂、幹預（即，流體或蒸汽注入）、生產和其它主動操作的行為會在由第二 傳感器（152/162)(還有可能有表面傳感器122)檢測的地層中引起微震行為，並且微震事 件的分析可以用來改進近表面速度模型。但是，微震事件不需要被主動地引入。相反，系統 100可以監視由微型地震、斷層滑動、表面冰的破裂、具有可識別的位置的環境噪聲（例如， 貨運列車在本地軌道上的經過）等在感興趣的區域中造成的被動事件。
[0083] 3.數據處理與建模例子
[0084] 給定對系統100和所使用的整體勘測過程的理解，討論現在轉向關於對地層數據 執行的數據處理和建模的一些細節。
[0085] 如在本公開內容的背景中指出的，基於陸地的地震勘測不使用與幫助淺地球模型 特徵化無關的信息並且至多記錄在淺爆破/炸藥孔的信息來改進淺"靜態"模型。相反，所 公開的系統100使用在每個掩埋陣列150 (即，在那個掩埋陣列150中的掩埋傳感器152) 獲得的上向鑽孔信息作為特徵化感興趣區域的淺地球模型的附加信息。
[0086] 由掩埋陣列150獲得的信息具有不同的類型，包括即將到來的壓縮（P)波能量和 從地球中的層反射的剪切（S)波能量，以及被稱為表面波的在近表面中傳播的能量。通過 有多個掩埋傳感器152在掩埋陣列150中，系統100可以獲得在每個掩埋陣列位置的近表 面的詳細速度剖面。利用多個掩埋陣列150和地震源130,系統100可以生成並關聯跨地震 勘測區域及之外的近表面的詳細速度剖面。專業源130,諸如剪切源或者高頻源，可以用來 最大化利用這些掩埋陣列150獲得的近表面信息。例如，利用剪切源130,剪切信號還可以 容易地在掩埋陣列150中被觀察，由此形成近表面的準確剪切速度剖面。
[0087] 此外，掩埋陣列150和地震源130可以位於勘測區域中各個方位角。然後，作為方 位角的函數，掩埋陣列150與地震源130之間方位角的變化可以用來確定淺地球特性的變 化性，其已知為各向異性。為了獲得這種信息，數據處理系統400利用標準地震技術或者通 過採用幹涉測量技術處理從地震源130到傳感器122和152中的記錄的信號。由這種處理 獲取的結果精煉信息給出了詳細的可交付成果（deliverable)集合，其比通常在基於陸地 的勘測者可以獲得的標準信息精煉得多。
[0088] 被動微震與主動表面地震的集成還可以進一步增強近表面理解並且可以增強 C-波/p-波成像及關聯的儲層特徵化可交付成果。簡言之，通過在除了把傳感器122放到 表面之外還把傳感器152放到鑽孔154中，系統100可以測量通過地球到表面向上行進的 能量（由於近表面中的變化，具有不同的響應），但系統100還可以利用掩埋的傳感器152 測量近表面衰減。如將理解的，衰減關於深度和x-y位置變化，並且衰減使檢測到的地震信 號的頻率變形。在其處理中，系統100使用傅立葉變換來確定地震信號的頻率成分並確定 衰減（Q)和其它可交付值。進而，這些值可以三維地在勘測區域之上插值並且可以反饋回 到在其地震數據處理期間由系統100使用的表面模型中。表面模型的插值優選地依賴於加 權來確定其中不存在掩埋傳感器152的那些勘測區域中近表面衰減的各方面。
[0089] 利用掩埋傳感器152,系統100還可以測量近表面剪切波特性。如將理解的，壓縮 (P)波作為Z分量到達鑽孔154中，而剪切⑶波作為X-Y分量到達。在許多情況下，常規 的地震數據會不完整，因為其缺乏準確的剪切波速度，尤其是對於近表面。但是，掩埋傳感 器152可以給出剪切波速度的測量，這也可以在對缺乏掩埋傳感器152的那些區域經勘測 進行三維插值。
[0090] 最後，P-波速度的可交付成果還可以由系統100從可以從表面傳感器122和掩埋 傳感器152獲得的豐富數據集來確定。利用所有這些可交付成果的值，數據處理系統400 可以處理表面傳感器122的地震信號並且除去或過濾掉那些不期望或無用的信號分量、事 件等。以這種方式，由掩埋傳感器152提供的地震信號增強了系統100利用表面傳感器的 正常表面獲取。這些及其它數據處理結果可以利用所公開的系統100獲得，如以下詳細描 述的。
[0091] 4?基於海洋的實現
[0092] 雖然圖4A-4D中的系統100針對基於陸地的實現，但是所公開系統100的利益可 以應用到各種基於海洋的系統。例如，圖4E示意性地說明了用於基於海洋的實現的集成的 地震獲取和監視系統100,具有在水體，諸如大海，中被地震勘測船200拖拽的一根或多根 地震拖纜（streamer)和一個源230。結合拖纜220和源230使用，系統100具有位於海床 中的鑽孔254中垂直布置的傳感器252的掩埋陣列250。
[0093] 拖纜220上的傳感器222可以是水中地震檢波器，如在基於海洋的實現中常規使 用的，而源230可以使用一個或多個氣槍、水槍或者其它類型的基於海洋的源。如以上指出 的，掩埋陣列250可以為所公開的系統100提供基本上垂直的地震感測。對於它們的部分， 掩埋陣列250中的傳感器252可以是以與前面公開的基於陸地的實現相似的方式位於鑽孔 254中的加速計、地震檢波器、水中地震檢波器、光纖傳感器、麥克風等。
[0094] 在圖4F中，用於基於海洋的實現的系統100同樣具有在水體中被地震勘測船200 拖拽的源230。在海床上，系統100具有像前面一樣位於鑽孔254中的掩埋陣列250,還包 括具有位於海床上的表面傳感器262的海底電纜260。作為對掩埋陣列250的添加或選擇， 系統100可以具有位於垂直延伸的繩子270上的傳感器272。雖然繩子270可以基本上是 垂直通過水體積延伸的垂直電纜，但是這裡示出的繩子270實際上是海底電纜260的繩索 (tether)。在這種情況下，繩子270從位於海床的海底電纜260向上延伸、通過水體積並且 到達表面浮標274或到達勘測船。因此，位於這條繩子270上的傳感器272可以為所公開 的系統提供垂直感測布置。
[0095] 圖4E-4F中系統100的基於海洋的實現還可以如前面一樣包括現有的或建議的鑽 井（未示出）。除所繪出的氣槍陣列，為地震勘測輸入能量的其它源230也可以使用。實際 上，勘測船200可以用在冰水中，其中在水表面通過勘測船200或另一個破冰器（未示出） 把冰打破會生成用於地震勘測的能量。海洋動物行為、船的操作等會充當用於勘測的源。主 動地震源可以在海床上使用，並且海床中的井筒中的操作會產生用於地震勘測的能量。
[0096] 以上參考圖4A-4F所公開的各種部件中的任何部件都可以彼此互換，以便相對於 地層在第一布置中布置第一傳感器122/222/262並且相對於地層在第二布置中布置第二 傳感器152/162/252/272。因而，對表面或水平傳感器以及對掩埋、垂直或鑽孔傳感器的參 考僅僅意味著是說明性的。兩個傳感器陣列可以利用它們的不同朝向操作，如本文所公開 的，並且可以以類似於本文所公開的其它實現的方式操作。一般而言，源130/230可以包括 爆破裝藥、振動器、氣槍、水槍、電火花震源、脈動源、壓縮源、剪切波源，等等。
[0097] 5?地震數據處理系統
[0098] 如前面指出的並且如在圖6A中示意性地說明的，地震數據處理系統400可以用來 根據本公開內容處理地震數據。一般而言，系統400可以使用可用來存儲並處理利用諸如 本文公開的數據獲取系統100獲得地震數據的任何合適的硬體和軟體。如示意性示出的， 地震數據處理系統400具有數據輸入模塊403，該模塊從獲取系統100獲得地震數據。輸入 模塊403通過系統的微震應用436連接到各種地震過程410並且最終連結到數據輸出模塊 404。處理系統400可以能夠處理來自各種地震數據格式的數據，諸如SEGY或SEG-2,並且 還可以通過讀一種輸入格式並寫到不同的輸入格式在不同格式之間轉換。
[0099] 地震數據處理系統400包括多種已知的用於處理地震數據的功能和實用410,除 其它未在這裡詳細討論的可能的功能和使用程序之外，還有諸如軌跡合併、帶通濾波器、陷 波濾波器、去偏、去尖峰、軌跡集成、軌跡規格化（normalization)、軌跡旋轉、縮放、分類、疊 力口、軌跡變細（trace tapers)、可控震源掃描（vibroseis sweep)計算、小波計算、行程時間 生成以及速度建模。
[0100] 除了一些常規的功能和實用410,數據處理系統400還可以包括衰減估計器420。 這個估計器420通過計算有效衰減估計（Q)來給出地層衰減的特點。通過（1)利用角度和 距離校正來校正軌跡，（2)繪製兩條校正後的軌跡的傅立葉變化，（3)繪製兩個軌跡之間的 振幅比率的日誌及（4)通過計算振幅比率的日誌的線性回歸來計算衰減估計Q，該計算為 兩條輸入軌跡估計衰減Q。衰減估計Q還可以涉及兩層衰減估計。在這裡，連同有效衰減 Q，用於厚度、衰減和一層的速度的值用來確定第二層的衰減值。
[0101] 事件拾取（pick)算法422,諸如STA/LTA或修改後的能量比率（MER)算法，可以用 來識別地震軌跡上的地震事件。算法422可以或者返回在軌跡上識別出的最強事件（第一 中斷拾取）或者可以返回在該軌跡上找到的全部事件，連同指示事件強度的數值得分。
[0102] 系統400還可以包括矩震級估計器424,以給出來自輸入軌跡數據上記錄的地震 事件的矩震級估計。估計器424對地震數據應用各種校正因子。
[0103] 數據處理系統400可以包括利用衍射疊加生成地震數據的圖像的微震成像器 430。各種選項可用於處理正常的地震數據（其中T = 0時間是已知的）和微震數據（其 中事件的起始時間是未知的）。微震成像器430使用行程時間圖並使用利用規定為深度或 高度的Z分量的速度模型。輸入數據利用從給定源位置到每個傳感器位置的射線跟蹤的行 程時間變平（flattened)。變平的數據隨後利用許多振幅調節步驟之一進行處理；諸如振 幅（沿恆定時間把所有振幅值求和）、絕對振幅（沿恆定時間的振幅的絕對值之和）、平方 振幅（沿恆定時間把振幅平方值求和）、正平方振幅（僅正振幅之和並求平方）以及負平方 振幅（僅負振幅之和並求平方）。
[0104] 微震成像器430為每個爆破位置生成一維陣列；該陣列的長度等於記錄軌跡。來 自振幅調節步驟的結果傳遞到地震成像步驟，該地震成像步驟做以下事情之一：計算所有 振幅之和、選擇最大值或者選擇最小值。進而，這個值放在輸出圖像空間中的爆破X、Y和Z 位置，並且算法對下一個爆破X、Y和Z位置重複。
[0105] 除了以上描述的成像算法，成像器430還可以計算相似度或協方差，以優先加權 看起來"扁平的"數據，同時不強調看起來不"扁平的"數據。這會導致比利用標準衍射疊 加所獲得的顯著更清楚的圖像。
[0106] 數據處理系統400可以包括經由通過速度模型的射線跟蹤並卷積射線跟蹤的行 程時間與小波來生成模擬微震事件的微震建模器432。表面和地下幾何結構的任意組合都 可以生成，以模擬從表面陣列（110)、掩埋陣列（150)的到達，並監視井筒。如果建模器432 計算運動學（kinematics)(行程時間）但不計算動力學（振幅），則諸如雙耦合的微震事件 可以通過添加用於期望源機制的振幅修改來適當地處理。
[0107] 數據處理系統400可以包括包含建模各種微震相關數據對象的應用實體集合的 微震資料庫434。這種設計允許應用與這些對象一起工作，而對象的存儲和檢索是經資料庫 執行的。
[0108] 最後，數據處理系統400可以包括微震應用436,該應用可以是終端用戶微震處理 軟體應用。應用436包括事件檢測、事件定位、微震成像、矩震級計算、矩張量反演以及幫助 終端用戶解釋地震數據的各種顯示工具。
[0109] 6.工作流
[0110] 為了優化勘測的位置，使用圖6B中的優選工作流450,使得勘測可以定位在地質 空隙（play)有希望的區域中，諸如頁巖或非常規空隙中或者甚至基於海洋的環境。工作 流450還描述了如何延伸並使用這種信息從集成的獲取和監視系統100獲得地質、地球物 理和地質力學特性。
[0111] 如圖6B中所示，可以進行常規的地質評估452和巖石物理評估454,以定義並特徵 化其中可以使用集成的獲取和監視系統100的地質空隙。這些可以用來分析巖石物理屬性 456,諸如聲學阻抗、剪切阻抗、泊松比率、地質力學、脆度等。
[0112] 一旦集成的獲取和監視系統100用來特徵化儲層，系統100就可以基於地震數據 的處理和分析提供多個可交付成果458,包括P-波反演；P-波和轉換-波數據的聯合反演； 剪切波分割；地下的各向異性參數；聲學和剪切阻抗；彈性參數；非彈性參數、地層密度；用 於脆度、剛度、斷裂和密度及其它的儲層屬性的各個圖；衰減；孔隙壓力等。由此，可交付成 果使操作人員能夠開發出用於完成並生產該空隙的策略460。最後，如在本公開內容的另一 部分中討論的，通過利用掩埋陣列150被動地監視以測量微震事件，系統100還可以在確定 完成操作462的效率中使用，如以下在部分B中將討論的。
[0113] B.利用掩埋陣列的被動監視
[0114] 在之前對所公開系統100的討論中，掩埋陣列150(和/或貼片陣列160)已經與 表面陣列110集成，以增強基於陸地的或基於海洋的地震獲取和分析。除了這種方法，勘測 區域中在目標井筒115附近的陣列150/160還可以用於微震事件的被動監視，其中微震事 件或者是自然發生的或者是由於斷裂、穿孔、幹預或鑽井中的生產操作而引起，如前面提到 過的。優選地，由於其相對於地層的特定朝向，因此所使用的陣列類型是垂直布置的掩埋陣 列。
[0115] 圖7A-7B僅示出了前面討論過的系統100的一部分，略去了表面接收器（120)等。 雖然是為基於陸地的實現示出的，但是相同的討論適用於基於海洋的實現，就像在圖4E-4F 中。如前面一樣，垂直或掩埋陣列150包括在幾十米深度的淺鑽孔154中垂直布置的多個 單-或多分量接收器或傳感器152。傳感器152可以用帶子綁到或者附連到位於鑽孔154 中並固定在位的管道156。由凸緣耦合的PVC管對於這個目的可以很好地工作。
[0116] 不是像前面討論的主動獲取中那樣利用在表面的地震源（130)，系統100使用在 目標井筒115或者其附近發生的微震事件117的被動源用於地震勘測。微震事件117可以 由斷裂、穿孔或幹預操作；由來自地層的流體的產生；由流體注入鑽井；或者由某種其它操 作而引起。
[0117] 傳感器152檢測由事件117生成的地震能量，並且記錄單元140記錄傳感器信息 供以後處理。進而，來自檢測到的事件117的所記錄信號被數據處理系統400處理，以確定 產生該信號的微震事件117的特性。
[0118] 具有掩埋陣列150的系統100可以用來還記錄在地下與任何鑽探、幹預或生產行 為無關的自然發生的事件，諸如由微小地震和斷層滑動造成的事件。因而，以下描述的分析 也可以應用到這些自然發生的事件並且，在這麼做時，可以在鑽探、幹預和生產相關的行為 之前建立行為的基線。在收集到這種基線信息之後，進行與在鑽探、幹預和生產行為之後生 成的微震行為的比較可以增強地層的特性確定並且可以給出鑽探操作的安全性測量，以及 這些操作對感興趣的淺蓄水層或其它地質結構的潛在影響的測量。
[0119] 因此，系統100可以用於按需監視，以便通過使用從前面討論的集成的掩埋陣列 150和表面地震數據獲得的增強近表面模型更準確地定位微震事件117的震源。例如，對 於斷裂處理期間利用微震事件117進行測繪，已有的數據用來構造初始的速度、各向異性、 統計和衰減模型。然後，如在前面部分中討論過的集成的系統100用來把3D數據記錄到掩 埋陣列150中，從而速度、各向異性、統計和衰減的初始模型可以被更新。而且，如早先公開 的，利用由精煉的地球模型提供的相同利益，本系統100可以在沒有行為發生時用來記錄 微震行為的基線。
[0120] 在更新模型之後，操作人員執行斷裂處理、穿孔操作或者其它幹預。例如，操作人 員可以利用表面泵113把處理流體向下泵送到井筒115中並且斷裂地層的一部分，或者可 以在井筒115的外殼中進行穿孔。同時，系統100的被動監視進行地震信號的持續記錄。利 用掩埋陣列150獲得的地震信號的數據在現場交給記錄單元140並且最終交給數據處理系 統400,在那裡可以執行數據調節和清理。
[0121] 通過利用本文詳細描述的技術的處理，數據處理系統400檢測微震事件117並且 定位那些事件117的震源。然後，執行多種計算，以顯示並分析事件117。例如，矩震級和 震源的位置利用誤差分析來計算，並且震源可以在地圖視圖、橫截面視圖、3D視圖、柱狀圖、 交會圖（cross plot)等中顯示，使得震源可以用於高級成像。矩張量反演分析對對應於每 個事件117的震源執行，並且斷層破裂網絡可以最終從該信息構造。此外，在微震事件117 被定位（或者與那個行為結合）之後，地震事件117的全矩張量可以通過不僅反演微震事 件117在掩埋陣列150的到達時間並且也通過反演事件117的相位和極性而獲得。然後， 這個矩張量可以被解釋，以特徵化巖石實際破裂的途徑並且從這個信息生成地球中斷裂的 網絡。
[0122] 當感測微震事件117時，主要的困難是確定事件是否實際發生。為此，在圖8A中 示出的微震監視過程500可以用來分析地震能量並且以置信因子或概率水平確定微震事 件117是否已經被檢測到。在地層的地震勘測中，傳感器152的陣列150相對於地層基本 上垂直布置，如前面所指出的，並且事件的數據利用傳感器152收集。然後分析用於垂直陣 列150的地震數據（方框502)。如本文中所指出的，事件117可以主動或被動地引起。
[0123] 在第一陣列（例如，150A ;圖7A)的時差是通過分析為第一陣列150A收集到的數 據來分析的（方框504)。如在本文中所使用的，時差可以指，關於（相對於，in relation to)在給定分量方向（例如，Z方向）中傳感器152之間的偏移量，地震能量在傳感器152 的相對到達時間。時差可以指，關於在給定成分方向中傳感器152之間的偏移量，地震能量 在傳感器152的頻率變化。還有，時差可以指，關於給定方向中的偏移量，地震能量在傳感 器152的振幅變化。因而，除了相對到達時間，時差還可以指地震能量的信號關於傳感器偏 移量的頻率變化（衰減）和/或振幅變化（衰變）。
[0124] 在傳感器150A的時差的檢測尋找跨陣列150A的傳感器152檢測到的地震能量的 特定發展。例如，根據傳感器152如何垂直布置並且地層中微震事件117的地震能量將如 何跨傳感器152的陣列150A傳播並被其檢測，時差可以呈現特定的線性發展。換句話說， 在陣列150A的傳感器檢測之間的相對時間差可以是線性的，但是諸如距離的二次關係的 其它特性也可以在傳感器152之間被感測到。關於在一個陣列的線性風格的時差的細節在 圖14的軌跡中示出。
[0125] 以任何一種方式，為了成為被檢測到的感興趣的時差，用於陣列150A的時差都會 需要具有特定的特點（即，線性斜率、極性、持續時間、函數等）並且可以需要超出某個期望 的閾值水平。當檢測到感興趣的時差時，指示微震事件117的檢測的置信因子或概率水平 增加（方框506)。這種置信因子可以在隨後的處理中用來確定微震事件117實際被檢測 到。
[0126] 作為進一步的確認，陣列150A的地震數據可以被分析，以檢測第二類型的波在已 經識別出第一類型的波之後稍晚或稍早的時間點被檢測到。例如，分析可以指示來自P-波 的時差在陣列150A在一個時間點被檢測到。然後，進一步的分析可以尋找在識別出的P-波 之後離具有可比性的S-波的到達的時差。這種分析可以對相同陣列150A的相同分量方向 (例如，Z)執行，或者可以對相同陣列150A的一個其它分量方向（例如，X或Y)執行。
[0127] 因而，在檢測到第一陣列150A的至少一個分量方向中的第一時差之後，過程500 可以分析第一陣列150A中傳感器152的其它分量方向的地震數據，以檢測其它分量方向 (例如，X-和/或Y-分量）中的相同時差（決定508)。如果第一時差在這些方向當中的 一個或兩個當中被檢測到，則置信因子可以增加（方框510)。
[0128] 在檢測到至少第一陣列150A中的第一時差之後，通過分析在意圖事件 (purported event)將在一個或多個第二陣列150B-C檢測到的可比或預期時間為一個或 多個第二陣列150B-C收集到的數據，在陣列150B-C的一個或多個第二傳感器中檢測到第 二時差（方框512)。
[0129] 同樣，第二時差可以在一個分量方向（例如，Z-分量）被檢測（決定514)，以增加 置信因子（方框516)，並且可以在其它分量方向（X-和/或Y-分量）被檢測（決定518)， 以進一步增加置信因子（方框520)。來自陣列150A-C的時差的細節進行比較，以確定時差 彼此具有可比性（決定522)。這些步驟514-522可以對系統100的幾個垂直陣列150A-C 重複。
[0130] 為了可比，位於不同傳感器陣列150的兩個時差在大約相同的預期時間發生並且 具有相同的特點。例如，根據傳感器152如何垂直布置以及地層中微震事件117的地震能 量將如何跨傳感器152的陣列150A傳播並被其檢測，由位於一個陣列150A的傳感器152 檢測到的時差可以呈現出特定的線性發展。換句話說，位於陣列150A的傳感器檢測之間的 相對時間差可以是線性的，但是，諸如距離的二次關係的其它特點也可以在傳感器152之 間被感測到。以任何一種方式，具有可比性的用於第二陣列150B的時差都可以在可比或預 期的時間具有相同的特點（即，線性斜率、持續時間、函數等）。但是，陣列150B-C之間的時 差的極性可以不同，其中一個陣列150A示出在與任何其它陣列150B或150C相反的方向中 的運動（推或拉）。
[0131] 在任何情況下，系統100都可以響應於確定由獨立陣列150A-C檢測到的時差具有 可比性而聲明微震事件117的發生（方框524)。例如，置信因子的值可以在這種聲明中使用 並且可以定義微震事件的發生和檢測的置信度質量。這種置信因子可以在每個陣列150A-C 確定並求和，以作出最後的確定。
[0132] 如從以上可以看到的，建立微震事件117已經被檢測到的置信因子可以依賴於或 者可以不依賴於查看在傳感器150A-C的幾個分量方向上的時差。雖然這可以增加置信因 子，但是嚴格來說在相同垂直陣列150A-C的其它分量方向中檢測到相同的時差並不是必 需的，因為不是所有地震能量都可以以這種方式被檢測。相反，過程500可以繼續對其它陣 列150B-C的分析，即使過程500不在方框508在不同分量方向中檢測在同一陣列150A的 相同時差。
[0133] 在地層的感興趣區域之上，最終的置信因子可以與事件117和陣列150A-C關聯。 當處理地震信息時，當處理信息以便調節為地層確定的任何模型、特性或其它方面時，基於 置信因子的權重可以應用到在掩埋陣列150A-C的各種事件117。例如，圖8B示出了多個掩 埋陣列150A、B、C等的示意性平面圖。每個陣列150A-C的極性（+或-)連同陣列150已經 從微震事件117檢測到時差的置信因子一起指示。
[0134] 雖然在圖8B中以非常簡化的術語示出，但是跨下面的地層（在陣列150下面）微 震信息利用其極性和置信水平的擴展可以幫助進一步特徵化微震事件117,下面的地層，以 及來自微震事件117的地震信息如何可以與來自表面陣列（未示出）的地震信息集成或組 合。一般而言，在特徵化或建模下面地層的特性時，當使用掩埋陣列150的地震數據作為對 表面地震數據的約束時，置信因子可以用作加權因子，如本文中所公開的。
[0135] 如以上所指出的，檢測和成像微震事件117具有幾個挑戰。首先，存在與自然發生 或者甚至由井筒115中的斷裂或其它操作引起的微震事件117(例如，微小地震、地球偏移 等）相關的幾個未知變量。特別地，事件117的起始時間h是未知的，並且甚至充當事件 源的機制也可能不知道。另外，檢測微震事件117必須處理非常微弱的地震信號並處理與 那些微弱信號相比而言非常高級別的噪聲。此外，檢測必須處理速度、衰減、各向異性和其 它特性如何影響弱地震信號。而且，如果關於源機制的細節沒有被結合，則對疊加地震信號 的嘗試會破壞結果產生的圖像。
[0136] 對圖8A的過程進行擴展，圖9A-9C示出了用於檢測微震事件117並處理所涉及的 挑戰的附加細節。一個入門（gateway)挑戰涉及，當地震信號被掩埋傳感器152檢測到時， 即使事件117的源機制和起始時間未知，所公開的系統100最初都能檢測微震事件117的 能力。為此，由所公開的系統100對微震事件117的被動監視遵循如在圖9A中概述的幾級 檢測620。
[0137] 在第一級（622)，每個給定的掩埋陣列150都檢測地震信號，並且系統100通過首 先查看檢測到的時差來確定微震事件117已經發生-S卩，對於每個給定的陣列150,事件 117如何被多個傳感器152檢測。為此，系統100取給定的陣列150A進行分析。因為用於 給定陣列150A的傳感器152位於相同的大致位置，所以在給定的陣列150A將不存在極性 翻轉。因此，給定陣列150A的掩埋傳感器152利用線性相似度（或者等效的事件檢測技術， 諸如tau-p變換）檢測微震事件117的時差，其中最下面的接收器152的Z分量檢測地震 信號，下一個傳感器152在之後一個時間檢測Z-分量中的信號，沿著陣列150A向上依此類 推。因而，如果地震信號的檢測沿著陣列150的接收器152線性地在Z分量中向上傳遞，則 系統100確定潛在的微震時間117已經被給定的陣列150A檢測到。檢測可以查看時差，因 為它關於沿著垂直布置的傳感器160的頻率變化和衰減變化。最後，檢測還可以需要閾值 信號值來消除由各種異常、假陽性或噪聲造成的信號的檢測。
[0138] 在相同的給定陣列150A，系統100可以在給定陣列150A的掩埋傳感器152的水平 分量中查找檢測到的事件的相同速度。檢測到的事件的速度是由傳感器152的Z分量中的 地震檢測的斜率確定的。在水平分量中，這同一個斜率可以在傳感器152的地震檢測中找 至IJ。那個檢測事件的斜率非常接近陣列150A在地下的位置的壓縮波的本地"表觀"速度。
[0139] 可以進行類似的過程來找出所述記錄數據的水平分量中的壓縮類型事件，其中相 關聯的斜率也是本地"表觀" P-波速度。類似地，通過定位水平和垂直分量中一致的事件， 其中斜率近似地等於在掩埋陣列位置地下的表觀剪切波速度，該過程可以用於在相同掩埋 陣列150A的事件的S-波檢測。隨後，處於相同掩埋陣列150A的事件檢測用作如上指出的 與檢測到的事件關聯的穩健性指示器或置信因子。
[0140] 如以上指出的，事件到達鑽孔154的速度是"表觀"速度-不一定是鑽孔154的區 域中近表面的真正P-或S-波速度。該表觀速度等於或大於在鑽孔154的真正P-或S-波 速度。該表觀速度可以大於在鑽孔154的真正速度，因為事件117可以以傾斜的角度到達陣 列150。如果事件直接就在陣列150下面，則表觀速度可以精確地匹配在鑽孔154的P-或 S-波速度。
[0141] 簡單地作為例子，圖14在垂直分量列中示出了檢測壓縮波時差590的掩埋傳感器 (152)的陣列（150)的軌跡。於是，預期具有可比性的剪切波遵循壓縮波590的檢測，使得 分析基於現有的速度模型來尋找相同垂直分量上來自剪切波的具有相似斜率並且在預期 延遲之後到達陣列的時差。實際上，圖14示出了在這種適當的時間之後在垂直方向中由陣 列中傳感器對具有可比性的剪切波時差595的檢測。
[0142] 此外，掩埋陣列的傳感器（152)的水平（北）分量同時檢測到與壓縮波時差590 具有可比性的時差並且同時檢測到與剪切波時差595具有可比性的另一個時差。因而，在 陣列（150)的一個或多個分量方向中一種類型波的檢測可以用來跟蹤並定位其它分量方 向中其它類型波的可能檢測。通過考慮速度和位置的相對差，這也可以在系統100的各種 陣列（150)之間重複。
[0143] 返回圖9A，如果潛在微震事件117的檢測已經在給定的陣列150A被觸發，則系統 100前進到第二檢測級￠24)。在這裡，系統100確定在不同表面位置的掩埋陣列150B-C 是否存在事件117的任何一致的檢測。基於掩埋陣列150A-C的物理布置以及地面模型，在 其它陣列150B-C中找出一致的檢測使用特定的時間窗口。
[0144] 通過執行這個檢測級，系統100可以確定兩個或更多掩埋陣列150A-C是否在檢測 的第一級（622)下檢測到微震事件117。如果沒有，則由一個給定陣列150進行的檢測可以 被認為是噪聲或假陽性。否則，在兩個或更多陣列150A-C檢測到的地震信號給出信號產生 於微震事件117的進一步指示。事件117的極性或相位不需要在每個掩埋陣列150A-C都 相同。因此，在每個掩埋陣列150A-C事件117的極性都被檢測並記錄，用於將來矩張量的 確定。系統100的這個特徵可以消除為在【背景技術】中討論過的相關技術指出的一些困難。
[0145] 在第三級￠24)，系統100確定在每個掩埋陣列位置用於P-和S-波中微震事件 117的一致的檢測信號，以及事件117的極性和相位，然後確定跨多個掩埋陣列150A-C的一 致性。如果一致的P-波和S-波已經被多個掩埋陣列150A-C檢測到，則系統100可以在某 種程度上確定所檢測到的事件117是地震數據中的微震事件。如果只檢測到一致的P-波 或S-波，則系統100關於檢測會有較小的確定性。這個確定性水平在本系統100中被轉化 成作為用於檢測到的事件117的穩健性指示器或置信因子。
[0146] -旦事件117被檢測到並確定是微震事件，系統100就使用任意各種射束導向算 法和方法（例如，KirchhofT方法或波動方程方法，諸如逆時偏移（RTM)技術）來找出微震 事件的震源。在最後一級￠28)，系統100使用本文公開的各種方程來確定微震事件117的 屬性，進行分析。本文所討論的至少一些檢測到的信號的處理可以實時地運用。否則，如將 理解的，利用記錄的數據的後處理行為也可以執行。
[0147] 而且，系統100從利用掩埋傳感器152獲得的地震信號成像事件117。依賴於源機 制，檢測方案￠20)不必處理具有方位角的極性變化。實際上，通過使用定位事件117的掩 埋陣列150A-C的多個地震信號，源機制可以重構。
[0148] 圖9B示出了在現場用於監視微震事件117的方案（630)。系統100是通過把掩埋 陣列150A-C安裝在現場（632)並且記錄方位爆破￠34)來設置的。來自方位爆破的地震 數據通過記錄的絕對時間來分類（即，轉換成炮道集（shot gather)) (636)，並且對原始數 據進行處理，以除去噪聲￠38)。方位爆破用來確定傳感器朝向並定位掩埋陣列150A-C的 水平和垂直傳感器152 (640)。原始數據被處理，以除去噪聲（642)，並且確定用於處理事件 數據的最優處理流（644)，如以下討論的。
[0149] 在初始設置完成後，在現場執行微震監視￠50)。當輸入數據在斷裂操作等期間從 現場到達時（652)，通過記錄的絕對時間把地震數據分類（即，轉換成炮道集）（654)。基於 在早先階段中確定的朝向角，收集到的數據對傳感器朝向進行校正（656)，並且之前確定的 最優處理流應用到微震數據￠58)。
[0150] 根據校正後的地震數據，系統100執行事件檢測￠60)(見圖11B)。在檢測到微震 事件117之後，系統100確定用於檢測到的微震事件117的震源（680)並且為每個震源計 算矩震級（682)。系統100可以使用任何各種射束導向算法和方法，例如，Kirchhoff方法 或波形方程方法，來找出微震事件的震源。依賴於事件的源機制，振幅在有些鑽孔上可以是 波峰而在其它鑽孔上是波谷。基於簡單地把事件振幅加到一起的射束導向會導致又差又不 準確的圖像。修改成像器以校正與源機制相關的振幅變化會提供顯著改進的圖像。
[0151] 在知道震源和矩震級之後，系統100對每個震源執行矩張量反演（684)並且從矩 張量確定斷層破裂網絡（686)。本文所公開的算法和方法用於這些計算和確定。
[0152] 圖9C示出了事件檢測的更多細節（660)。對於每個掩埋陣列150A-C(662)，可以 利用短期平均/長期平均（STA/LTA)算法在掩埋陣列150A-C的單個軌跡上拾取預期事件 (664)，所述方法是用於識別有效事件並拾取由水力斷裂造成的微震中的到達時間的標準 方法。預期事件還可以利用修改能量比率（MER)算法或者通過使用任何其它合適的技術在 掩埋陣列150A-C的單個軌跡上拾取，其中MER算法可以在有噪聲的微震軌跡上給出一致的 第一到達時間。優選地，事件檢測使用掩埋陣列的多於一個軌跡或者軌跡全集來確定事件 的時差，如本文中所討論的，例如，參考圖14。
[0153] 對掩埋陣列150A-C的所有軌跡計算相似度，以確定到達事件的表觀速度￠66)。 可以作出預期事件是否已經在陣列150A-C上可接受數量的接收器上被識別出的確定 (668)，從而系統100可以基於到達時間來計算事件的表觀速度（670)。然後，作出該表觀速 度是否在可接受限值內的確定（672)。如果是，則系統100把為事件拾取的時間以及地震 軌跡傳遞到事件位置￠74)，這在圖9C的階段￠80)中詳細描述。這個事件檢測流（660) 可以對垂直或水平分量中任何一個執行並且可以用來搜索P-或S-波事件。
[0154] 如前面所指出的，可以為事件117確定置信因子和極性。當檢測到多個事件時，它 們可以通過把事件117的極性轉換成相同極性來成像。例如，通過把+極性轉換成+並且 把-極性轉換成+，所有事件117都可以被轉換相同的極性。通過極性相同，每個轉換後的 事件117利用在分析過程中確定的其對應的置信因子加權。然後，在成像事件117時，加權 的事件117相加到一起。除了加權，事件117還可以被縮放或取冪。如以上指出的，用於加 權的置信因子可以基於在給定陣列150檢測到的給定事件117的時差的相似度、協方差、相 乾性或者其它相似性測量。
[0155] 成像事件可以只使用壓縮波、只使用剪切波或者同時使用壓縮波和剪切波兩者。 當壓縮和剪切波被成像時，兩種波類型之間事件117成像的任何失配都可以用來更新成像 過程中所使用的地層的特性。這種更新可以使用迭代技術或波形反演算法。
[0156] 各種成像技術可以用來成像事件。例如，成像事件117可以使用波形反演，其中波 形反演的目標函數的分量基於之前確定的置信因子來加權。此外，成像事件可以在RTM的 意義上使用彈性成像。
[0157] 圖IOA概念性地示出了來自微震事件的被動監視的一些結果。示出了微震事件震 源550的圖，具有確定的巖石的韌性特性；後者是通過利用或不利用掩埋信息的利益處理 後的表面傳感器的表面地震數據的反演來確定的。這些震源550是關於背景中的井筒560 和地震圖570繪製的。如將理解的，由微震事件提供的信息可以揭示巖石特性和斷裂處理 的相互影響的細節。此外，微震事件可以用來更新速度模型，尤其是在微震事件位置的附 近。這種更新後的速度模型又可以用來改進表面地震成像或者改進其它附近微震事件的定 位。
[0158] 如圖IOB中所示，利用微震事件的被動監視和測繪的結果會有助於預測高產量 的地帶並幫助優化完成策略。利用關於通過監視在斷裂處理期間發生的微震事件確定的巖 石特性的信息，示出了鑽井的兩個部分560A和560B。不同的階段可以相對於處理壓力來繪 圖，以指示那些階段具有或多或少在處理之下裂開能力的巖石。同樣，這種信息可以預測更 高產量的地帶並優化完成策略。
[0159] 如在圖IlA中可以看到的，表面數據與掩埋陣列數據的比較指示掩埋傳感器最能 檢測微震事件，諸如在580指示的事件。
[0160] 如由圖IlB指示的，當掩埋傳感器（152)在20m之下使用時，系統100可以示出改 進的S/N比，因為表面噪聲關於深度會有顯著的衰減。因此，掩埋傳感器152的深度優選地 至少在大約20m以下。例如，在一種實現中，陣列150上的四個掩埋傳感器152可以安裝在 從表面算起l〇〇m、80m、60m和40m的深度。如將理解的，圖IOB僅僅指示對於地球表面上一 個具體位置表面噪聲隨深度的結果減小。一般而言，噪聲級別關於深度的改進將隨著淺表 麵條件而變，使得噪聲級別的改進是在每個掩埋位置生成的，以優化掩埋陣列150中傳感 器152的深度放置。
[0161] 一旦陣列150安裝在鑽孔154中，方位爆破就可以用來確定接收器傳感器朝向的 水平朝向。這些爆破可以是射入（fire)表面地震陣列（120 ;圖4A)和掩埋陣列150的相同 地震源，如前面所描述的，或者它們可以是單純用於那個目的的專用源。而且，如在圖lie 中可以看到的，中值濾波器可以用來分離利用傳感器152檢測到的地震信號值的上行和下 行能量，使得適當的能量可以被分析。其它過濾技術也可以用來實現波模式分離。這些過 濾技術設計成從地震軌跡除去偽像，使得矩震級和矩張量可以從由微震事件生成的這些軌 跡來確定。
[0162] 圖IID和IIE示出了分別從P-波微震事件和剪切波微震事件確定的矩震級的例 子。P-波和剪切波事件還在隨後描述的圖14中說明。在圖IlD中，例如，示出了從P-波數 據確定的矩震級，具有來自示例掩埋陣列安裝的相關聯的誤差條，其中各種繩索和穿孔爆 破模擬微震事件。在圖IlE中，示出了從S-波數據確定的矩震級，具有與來自示例掩埋陣 列安裝的相關聯的誤差條，其中各種繩索和穿孔爆破模擬微震事件。
[0163] C.用於掩埋陣列中接收器的傳感器技術
[0164] 如前面所指出的，表面噪聲是利用掩埋陣列檢測微震時間的另一挑戰。如分析也 已經確定的，掩埋接收器正確地從微震事件記錄微弱信號的能力依賴於傳感器技術和相關 聯的本底噪聲、增益設計及記錄單元的相關本底噪聲，以及系統對來自環境電磁噪聲汙染 的易感性。因此，掩埋接收器152的傳感器技術以及接收器152和記錄單元之間配對的考 慮對於微弱（小）微震信號的正確記錄會是必需的。
[0165] 實際上，觀察直接指示各種傳感器和記錄系統的組合可以提供驚人的結果。多個 傳感器（例如，地震檢波器）可以在本領域中用作掩埋接收器152。例如，可用於掩埋接收器 152的一些可用傳感器包括SM-64、SM-6正常靈敏度、SM-6高靈敏度以及VectorSeis (也稱 為SVSM)-其中每一個都可以從INOVA物探裝備有限公司（INOVA Geophysical Equipment Limited)獲得。但是，SM-64已經被識別為用作掩埋接收器52的優選傳感器類型。其它傳 感器易於有不期望的噪聲，而SM-64減小了上述問題的影響。SM-64傳感器是高靈敏度3C 模擬地震檢波器，具有與地震檢波器元件集成的帶低噪聲晶片的放大器。來自SM-64傳感 器的放大的信號發送到記錄系統，從而克服了增益設置和相關聯的本底噪聲缺點。這種傳 感器的特定細節在授予Hagedoom的美國專利No. 7, 518, 954中公開，該專利的全部內容通 過引用被結合於此。如本文詳細描述的，用於掩埋接收器的優選傳感器是SM-64傳感器或 者具有集成到傳感器地震檢波器元件中的帶低噪聲晶片的放大器的可比傳感器。
[0166] 圖12A比較對目標井中兩次繩索爆破作出響應的傳感器與記錄系統的地震數據。 耦合到記錄系統的掩埋陣列150中SM-64傳感器的地震數據在第三列中示出。這個數據是 相對於在第一、第二和第四列中示出的掩埋陣列150中其它傳感器的地震數據示出的。這 些其它傳感器包括SM-6正常、SM-6高靈敏度和SVSM。如可以看到的，耦合到記錄系統的 SM-64傳感器的地震數據具有更小的噪聲，這使得它最適合用於監視微震事件。應當指出， 僅出現的彈性事件（即，在地下由微震源生成的事件以及在地下生成的任何彈性噪聲事 件）是由SM-64傳感器記錄的事件。因此，在其它地震檢波器上以及SM-64傳感器上出現 的所有其它噪聲是與由傳感器和相關聯表面記錄準備的組合生成的電子噪聲關聯的事件。 因此，雖然可以選擇表面裝備集合來優化諸如SM-6傳感器的另一傳感器，但是優選地要小 心，這樣一來就不能增強自然彈性噪聲上，如可以理解的。
[0167] 補充以上觀點，圖12B比較用於SM-64傳感器和記錄系統的幾種組合的有效本底 噪聲。作為對比，圖12C比較用於SM-6傳感器和記錄系統的幾種組合的有效本底噪聲。如 可以看到的，接收器傳感器正確記錄微弱信號的能力高度依賴於它耦合到的記錄系統的增 益設置。然而，利用SM-64傳感器作為掩埋接收器152可以減小這個問題的影響。
[0168] 圖13示出了遠場最大速度（m/s)相對於計算出的矩震級Mw的分析建模。SM-64 傳感器具有從_4dB到-IdB的良好響應，並且繪出了 SM-64傳感器的本底噪聲。用於常規 地震事件的矩震級Mw範圍挨著用於微震事件的矩震級Mw繪出。SM-64的低本底噪聲使得 它很好地適於檢測P-波和S-波能量，而沒有不期望的噪聲。
[0169] 圖14示出了在掩埋接收器152中利用SM-64傳感器技術來檢測微震事件的地震 數據，在這裡微震事件模擬為穿孔爆破。通過克服常規傳感器和系統中固有的本底噪聲限 制，掩埋接收器152中的SM-64傳感器技術可以檢測P-波和剪切波事件。圖14還示出，當 事件的P-波沿掩埋陣列150穿過地下時，接收器的Z分量（右側面板）如何可以線性地檢 測事件。這些P-波檢測可以在前面關於圖8A和9A-9C討論的作為水平分量中S-波檢測 的檢測過程中找到（即，水平東在第一個面板（panel)中並且水平北在第二個面板中）。
[0170] 7?計算和可交付成果
[0171] 如以上指出的，系統的處理可以提供多個計算和可交付成果。以下更具體地討論 這些當中的一些。
[0172] a.矩震級和矩張量
[0173] 為了計算微震事件或任何其它地震事件，用於P或S波的位移由已知的等式給 出：

【權利要求】
1. 一種地下體積的地震勘測方法，該方法包括： 相對於地下體積在第一布置中布置第一傳感器的至少一個第一陣列； 相對於地下體積在第二布置中布置第二傳感器的至少一個第二陣列，其中第二布置與 第一布置不同； 響應於第一地震能量而利用第一傳感器收集第一地震數據； 響應於第二地震能量而利用第二傳感器收集第二地震數據； 組合收集到的第一地震數據和第二地震數據；以及 從組合的地震數據確定地下體積的至少一個特性。
2. 如權利要求1所述的方法，其中在第一布置中布置包括基本上與地下體積平行地布 置第一傳感器的所述至少一個第一陣列；並且其中在第二布置中布置包括基本上與地下體 積垂直地布置第二傳感器的所述至少一個第二陣列。
3. 如權利要求1所述的方法，其中在第一布置中布置包括相對於地下體積以第一密度 布置第一傳感器的所述至少一個第一陣列；並且其中在第二布置中布置包括相對於地下體 積以第二密度布置第二傳感器的所述至少一個第二陣列，第二密度與第一密度不同。
4. 如權利要求1所述的方法，其中響應於第一和第二地震能量而收集第一地震數據和 第二地震數據包括通過操作至少一個地震源主動地生成第一地震能量和第二地震能量。
5. 如權利要求4所述的方法，其中所述至少一個地震源選自由以下組成的組：爆破裝 藥、振動器、氣槍、水槍、電火花震源、脈動源、壓縮波源和剪切波源。
6. 如權利要求4所述的方法，其中操作至少一個地震源包括操作至少一個第一地震源 和至少一個第二地震源，其中所述至少一個第一地震源與所述至少一個第二地震源相同或 不同；並且其中所述至少一個第一地震源和第二地震源生成相同或不同的輸出能量。
7. 如權利要求1所述的方法，其中響應於第一和第二地震能量而收集第一地震數據和 第二地震數據包括響應於來自至少一個被動生成的事件的第一地震能量和第二地震能量 而收集第一地震數據和第二地震數據。
8. 如權利要求7所述的方法，其中所述至少一個被動生成的事件選自由以下組成的 組：地震、斷層滑動、鑽井中的生產操作、鑽井中的斷裂操作、冰的破裂、具有識別位置的環 境源、裝備操作、動物行為以及天氣行為。
9. 如權利要求1所述的方法，其中地下體積的至少一個特性選自由以下組成的組：地 下結構、非彈性參數、彈性參數、速度、近表面速度模型、各向異性參數、聲學阻抗、剪切阻 抗、衰減、密度、脆度、剛度、斷裂屬性以及孔隙壓力。
10. 如權利要求1所述的方法，其中第一和第二傳感器包括加速計、地震檢波器、水中 地震檢波器、光纖傳感器、麥克風或者其組合。
11. 如權利要求1所述的方法，其中每個第二傳感器都包括具有地震檢波器元件並具 有集成在其中的低噪聲放大器的三分量地震檢波器。
12. 如權利要求1所述的方法，其中相對於地下體積在第一布置中布置第一傳感器的 所述至少一個第一陣列包括： 在地下體積之上的表面上布置第一傳感器作為表面傳感器； 在地下體積之上的海床上布置第一傳感器作為海底傳感器；或者 在地下體積之上的水中在至少一根拖纜上拖拽第一傳感器。
13. 如權利要求1所述的方法，其中相對於地下體積在第二布置中布置第二傳感器的 所述至少一個第二陣列包括在部署成與地下體積的表面基本垂直的至少一個鑽孔中耦合 第二傳感器的所述至少一個第二陣列。
14. 如權利要求13所述的方法，其中在部署成與地下體積的表面基本垂直的所述至少 一個鑽孔中耦合第二傳感器的所述至少一個第二陣列包括： 在表面中鑽所述至少一個鑽孔； 在管子上部署第二傳感器的所述至少一個第二陣列； 在至少一個鑽孔中部署具有所述至少一個第二陣列的管道；以及 把第二傳感器耦合到與所述至少一個鑽孔相鄰的地下體積。
15. 如權利要求14所述的方法，其中鑽所述至少一個鑽孔包括在陸地上或者在海床上 鑽所述至少一個鑽孔。
16. 如權利要求14所述的方法，其中把第二傳感器耦合到與所述至少一個鑽孔相鄰的 地下體積包括把第二傳感器固定在鑽孔中或者把第二傳感器懸掛在鑽孔內的流體中。
17. 如權利要求1所述的方法，其中相對於地下體積在第二布置中布置第二傳感器的 所述至少一個第二陣列包括把所述至少一個第二陣列懸掛在部署在地下體積之上的水體 中的基本垂直的繩子上。
18. 如權利要求17所述的方法，其中基本垂直的繩子是具有第一傳感器的所述至少一 個第一陣列的海底電纜的繩索。
19. 如權利要求1所述的方法，還包括： 響應於微震能量而利用至少第二傳感器收集第三地震數據；以及 基於收集到的第三地震數據來調整已確定的地下體積的特性。
20. 如權利要求19所述的方法，其中響應於微震能量而利用第二傳感器收集第三地震 數據包括在地下體積中的井筒中引起微震能量。
21. 如權利要求20所述的方法，其中在地下體積中的井筒中引起微震能量包括： 對地下體積執行斷裂操作； 在井筒中把外殼穿孔； 從井筒產生流體；或者 在井筒中注入流體。
22. 如權利要求20所述的方法，其中響應於微震能量而利用第二傳感器收集第三地震 數據包括響應於在地下體積中自然發生的斷裂而獲得第三地震數據。
23. 如權利要求1所述的方法，其中組合收集到的第一和第二地震數據包括： 從第一地震數據導出地下體積的第一特徵； 從第二地震數據導出地下體積的第二特徵；以及 利用所述第一特徵或第二特徵之一作為對其它特徵導出的約束。
24. 如權利要求1所述的方法，其中從組合的地震數據確定地下體積的所述至少一個 特性包括通過由通過從第二地震數據確定的約束來約束利用第一地震數據確定的模型來 成像所述至少一個特性的模型。
25. 如權利要求24所述的方法，其中模型包括速度、剪切速度、壓縮速度、各向異性參 數、衰減參數或者其組合的模型。
26. 如權利要求24所述的方法，其中成像模型包括利用基於Kirchhoff或基于波形方 程的技術。
27. 如權利要求24所述的方法，其中成像模型包括利用來自第二地震數據的懲罰約束 對第一地震數據使用波形反演。
28. 如權利要求24所述的方法，其中成像模型包括： 通過利用第二地震數據約束淺表面波反演來生成近表面模型作為所述模型；以及 利用生成的近表面模型成像第一地震數據。
29. -種具有存儲在其上的程序指令的可編程存儲設備，所述程序指令用於使可編程 控制設備執行如權利要求1所述的地下體積的地震勘測方法。
30. -種用於地震勘測地下體積的系統，該系統包括： 相對於地下體積在第一布置中布置的第一傳感器的至少一個第一陣列； 相對於地下體積在第二布置中布置的第二傳感器的至少一個第二陣列，其中第二布置 與第一布置不同；以及 至少一個處理設備，配置為： 獲得響應於第一地震能量而利用第一傳感器收集的第一地震數據， 獲得響應於第二地震能量而利用第二傳感器收集的第二地震數據， 組合收集到的第一地震數據和第二地震數據，以及 從組合的地震數據確定地下體積的至少一個特性。
31. -種地下體積的地震勘測方法，該方法包括： 相對於地下體積布置傳感器的陣列； 利用傳感器收集地震數據； 通過分析在用於第一陣列的至少一個方向中收集到的地震數據檢測第一陣列中的第 一時差； 通過分析在用於一個或多個第二陣列的至少一個方向中收集到的地震數據來檢測一 個或多個第二陣列中的一個或多個第二時差； 確定所述一個或多個第二時差與第一時差具有可比性；以及 響應於確定第一時差和第二時差具有可比性而聲明地下體積中事件的發生。
32. 如權利要求31所述的方法，其中時差包括以下一個或多個：（1)關於至少一個方向 中傳感器之間的偏移量，在傳感器的地震能量的相對到達時間；（2)關於所述至少一個方 向中的偏移量，在傳感器的地震能量的頻率變化；以及（3)關於所述至少一個方向中的偏 移量，在傳感器的地震能量的振幅變化。
33. 如權利要求31所述的方法，其中相對於地下體積布置傳感器陣列包括： 在地下體積的表面中鑽鑽孔； 在管子上部署傳感器陣列； 在鑽孔中部署具有陣列的管子；以及 把傳感器耦合到與鑽孔相鄰的地下體積。
34. 如權利要求33所述的方法，其中鑽鑽孔包括在陸地上或者在海床上鑽鑽孔。
35. 如權利要求33所述的方法，其中把傳感器耦合到與鑽孔相鄰的地下體積包括把傳 感器固定在鑽孔中或者把傳感器懸掛在鑽孔內的流體中。
36. 如權利要求31所述的方法，其中，在檢測所述一個或多個第二陣列中的所述一個 或多個第二時差之前，該方法包括確認用於第一陣列的至少一個其它方向中第一時差的存 在。
37. 如權利要求36所述的方法，其中分析收集到的用於所述一個或多個第二陣列的地 震數據包括響應於用於第一陣列的所述至少一個其它方向中第一時差已確認的存在而執 行分析。
38. 如權利要求31所述的方法，其中檢測第一和第二時差中給定的一個時差包括： 識別在給定陣列用於給定時差的第一類型的波；以及 在給定陣列檢測用於給定時差的第二類型的波，第二類型的波與第一類型的波不同並 且在第一類型的波之前或之後。
39. 如權利要求38所述的方法，其中檢測第二類型的波包括確定用於第二類型的波的 給定時差與用於第一類型的波的給定時差具有可比性。
40. 如權利要求38所述的方法，其中第一類型的波是在給定陣列上的第一方向中識別 的；並且其中檢測第二類型的波包括基於識別出的第一類型的波在給定陣列上的第二方向 檢測第二類型的波。
41. 如權利要求38所述的方法，其中第一類型的波是壓縮波，並且其中第二類型的波 是剪切波。
42. 如權利要求31所述的方法，其中通過分析在所述至少一個方向收集到的地震數據 檢測第一陣列和第二陣列中給定的一個陣列中第一時差和第二時差中給定的一個時差包 括跨給定陣列的給定傳感器檢測線性響應。
43. 如權利要求31所述的方法，其中通過分析在所述至少一個方向收集到的地震數據 檢測第一陣列和第二陣列中給定的一個陣列中第一時差和第二時差中給定的一個時差包 括確定給定時差至少超出閾值。
44. 如權利要求31所述的方法，其中檢測第一時差和第二時差中給定的一個時差包括 確定給定時差的至少一個特性。
45. 如權利要求31所述的方法，其中響應於確定第一時差和第二時差具有可比性而聲 明微震事件發生包括定義用於事件發生的置信因子。
46. 如權利要求45所述的方法，其中聲明了多個事件的發生，每個事件具有為其定義 的置信因子，該方法還包括通過以下成像事件： 把事件的極性轉換成相同的極性； 利用為其定義的置信因子加權每個轉換後的事件；以及 當成像事件時把加權的事件求和。
47. 如權利要求46所述的方法，其中加權每個轉換後的事件使用基於相似度、協方差、 相干性或其它相似性測量的權重。
48. 如權利要求46所述的方法，其中成像事件包括只利用壓縮波、只利用剪切波或者 利用壓縮波和剪切波兩者來成像事件。
49. 如權利要求48所述的方法，其中成像事件包括通過確定壓縮波圖像和剪切波圖像 中事件之間的失配來更新在成像中使用的地下體積的特性。
50. 如權利要求49所述的方法，其中成像事件包括利用迭代技術或波形反演算法。
51. 如權利要求46所述的方法，其中成像事件包括： 利用波形反演成像事件；以及 利用置信因子加權波形反演的目標函數的分量。
52. 如權利要求46所述的方法，其中成像事件包括利用彈性成像來成像事件。
53. -種具有存儲在其上的程序指令的可編程存儲設備，其中程序指令用於使可編程 控制設備執行如權利要求31所述的地下體積的地震勘測方法。
54. -種用於地震勘測地下體積的系統，該系統包括： 相對於地下體積布置並且收集地震數據的傳感器陣列；以及 至少一個處理設備，配置為： 檢測在收集到的第一陣列的地震數據中至少一個方向中的第一時差， 檢測在收集到的一個或多個第二陣列的地震數據中至少一個方向中的一個或多個第 二時差， 確定所述一個或多個第二時差與第一時差具有可比性，以及 響應於確定第一時差和第二時差具有可比性而聲明地下體積中事件的發生。
【文檔編號】G01V1/28GK104335072SQ201380014496
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2013年2月6日 優先權日:2012年2月6日
【發明者】G·S·霍夫蘭德, J·P·萊維利, D·S·卡恩, K·費伯, R·拉羅, J·L·勞森, W·A·巴拉, M·J·索爾 申請人:離子地球物理公司