波形叠加震源定位法的多尺度实验与应用研究

Seismic location can provide basic information such as spatial coordinates and the origin time of seismic sources, which play an important role in characterizing geometries of multi-scale fractures/faults and evaluating seismic activities. Stacking-based seismic location methods belong to a new category of waveform-based location methods, and they are noise-resistant and automatic methods. However, when applied to multi-scale location problems, the characteristics of the imaging resolution for stacking-based methods are not clear, and they are highly velocity-dependent. This project intends to carry out experimental and application study of stacking-based location methods at multiple scales. Firstly, the basic principle of stacking operators and the influence mechanisms of the controlling factors will be thoroughly studied with synthetic seismic records. Then, field data at multiple scales will be used to validate and optimize the performance of the methods: analyzing the effects of waveform characteristic functions, relative stacking idea, and the data reconstruction and enhancement on the improvement of the source location results, building a stacking-based workflow suitable for seismic location at multiple scales. This project will reveal the basic principle and influence mechanisms of stacking-based location methods, and provide source information for multi-scale seismic monitoring, such as acoustic emission monitoring, microseismic monitoring, foreshock and aftershock monitoring related to tectonic and volcanic earthquakes.

地震定位能提供震源位置和发震时刻等基本信息，在刻画多尺度裂缝/断层展布形态和评估地震活动性等方面具有重要作用。波形叠加法是一类基于波形的新型震源定位方法，具有较好的抗噪性和自动性，但其应用于多尺度震源定位时存在成像分辨率特征不明确和速度模型依赖性较强等问题。本项目拟对新型波形叠加震源定位法开展多尺度实验与应用研究。首先，利用合成地震记录，深入研究波形叠加算子的震源成像原理及其在不同尺度条件下的影响机制。然后，利用多种尺度的实际数据验证和优化方法性能：分析波形特征函数、相对叠加思想和数据重构与增强等手段对震源定位结果的改善作用，构建具有多尺度适用性的波形叠加震源定位方法流程。本项目的开展将揭示波形叠加震源成像的基本原理及其影响机制，为声发射、微地震、构造/火山地震前震和余震等多尺度地震监测提供重要的震源信息。

地震定位是断层/裂缝精细结构刻画、地震预警监测和资源能源勘探开发等多尺度研究和应用的重要手段。波形叠加法是一种新型的基于波形信息的自动定位方法。本项目开展了系统的多尺度实验和应用研究以揭示速度模型、监测阵列和波形复杂度等因素对方法的影响机制，从而提升对方法的认识并提高方法有效性。首先，研发了高性能三维各向异性介质条件下矩张量震源微地震的复杂波场快速模拟方法，为掌握微地震波场特征和开展基于波形的地震定位研究奠定了数据基础。然后，在深入分析波形叠加定位方法原理的基础上，提出一种基于多参数指标的定位性能评价体系。依据此评价体系从速度模型、监测阵列和波形复杂度三个方面揭示了不同尺度条件下波形叠加震源成像和定位的影响作用。结果表明：准确的三维速度模型对震源深度的定位有重要影响；输入信号频率越高，震源成像分辨率越高；监测阵列覆盖范围越广，定位结果更加稳定可靠；在保证覆盖范围的前提下，由于潜在噪声和信号衰减的影响，较少的检波器能提高成像分辨率并减少计算成本。最后，结合多尺度和多学科信息创新性地构建了包含多样化数据采集、精细处理和高级解释等在内的水力压裂诱发（微）地震监测的技术流程，并将其应用于实际地面微地震监测数据。本项目围绕波形叠加定位法开展研究，提升了方法的有效性，并为优化监测设计和方法性能提供了重要思路，可为现场压裂效果评价和施工指导提供方法支撑。