摘要 0 引言微地震监测技术是一种通过观测微地震事件来监测生产活动的地球物理技术[1]。该技术分析计算裂缝网络的几何特征，即方位、长度、高度等信息，实时评判压裂效果，了解压裂
0 引言微地震监测技术是一种通过观测微地震事件来监测生产活动的地球物理技术[1]。该技术分析计算裂缝网络的几何特征，即方位、长度、高度等信息，实时评判压裂效果，了解压裂增产过程中人工造缝情况，以指导优化下一步压裂方案，达到提高采收率的目的[2]。该技术的理论基础是声发射学、摩尔— 库仑理论和断裂力学准则[3]。微地震监测技术与常规的地震勘探技术相比，其不同点在于要求解震源的位置、时刻和震级[2，4]。微地震监测技术起源于 20 世纪 40 年代，1976 年桑地亚国家实验室确立了井下微地震观测方法， 20 世纪 80 年代，该技术主要集中于裂缝成像反演方法，到了 90 年代，出现多级检波器且得到广泛的应用[5]。近年来随着非常规油气资源的规模开发，微地震监测技术得到了迅速发展，该技术通过分析压裂后获得的数据来评估压裂作业效果，为进一步的井网调整等提供依据。
1 微地震震源定位
微地震震源定位是微震监测的核心和目的。在压裂的过程中，因为压力的不断增大使得岩石产生裂缝，即该地层发生微地震，微地震信号分别以 P 波和 S 波的形式传播。一个地震事件发生后，震源即发震初始位置以及发震时刻，表示为( x0，y0，z0，t0 ) 。随着微震事件在时间和空间上的逐渐产生，附近的检波器接收由微震事件发出的波动信号( 图 1) ，由于微地震信号具有能量弱、持续时间短等特点[5]，采集系统要先对接收到的微地震事件进行预处理和合理过滤，要分析计算其幅度谱、频谱、能量包络以及频带范围等微地震信号特征，进而判断并确定有效事件[5]，使过滤背景噪音后的微震信号显示一致，保证每个接收到的微震信号的真实性，避免伪信号的进入，这是微地震实时监测成败的关键。在对观测点( xi，yi，zi ) 的分析中，若发现有较高的信噪比( S /N) ，可确定该震源弹性波到达该观测点的时间 ti，从而可计算出震源与观测点之间的距离。理论上，通过对 4 个观测点的数据分析即可得到震源的信息，甚至有时候 3 个就可以。通过求解这一系列微震源点，微震定位结果便持续不断更新，形成一个裂缝延伸的动态图，便可直观得到裂缝的长度、宽度、顶底深度、两翼长度以及方位。实际定位中，由于各种因素( 如背景噪音等) 的影响，定位点一定是一个较大的区域，当增加观测点数量时，定位精度提高，所得震源就更准确可信[2，4，6]。
2 非常规油气层压裂微地震监测方法
非常规油气层压裂微地震监测方法一般分为微地震井中监测技术和微地震地面监测技术。
2. 1 微地震井中监测技术
微地震井中监测技术的首次提及是在 1917 年 Fessenden 的报告中，他提出矿体位置的探测可利用检波器和井中震源监测，继而井中地震勘探研究，开始在国外逐渐发展，而该技术在国内的应用始于 1984 年，胜利油田和辽河油田对该技术进行了相关实验，拉开了微地震井中监测技术在国内研究的序幕[7]。微地震井中监测是压裂微地震监测的一种主要方法，是指通过布置在临井或同一监测井中的高灵敏度检波器接收微地震波信号，并同步记录信号，使得现场分析求解微地震事件，达到对微震事件的监测目的的一种技术[8-10]。该技术监测精度相比地面监测技术要高，其最明显的优点是干扰噪声较小，信噪比较高[8]。井中微地震的监测资料处理流程如图 2 所示，主要分为 3 个部分: 监测资料的预处理、有效事件的识别和震源的最终定位[11]。首先，要进行微地震监测资料预处理，利用射孔记录，确定三分量检波器的方位角，并利用该方位角对监测资料进行校正; 其次，由于复杂噪声环境会影响有效信号的识别，故要对压裂产生的较大能量的微地震信号进行一系列的滤波处理，复杂噪声环境主要包括随机噪声、强能量低频背景噪声、强能量扰动信号、井筒波和导波等，在滤波后就能够很精确地拾取到记录中的 P 波与 S 波; 然后，进行微地震有效事件的拾取，国内外主要采用基于长短时窗能量比( LTA / STA) 的方法来进行自动拾取，因为该方法能大大提高拾取效率。最后，综合利用首波与直达波进行震源反演的方法以及相对定位方法对微地震震源进行定位[11]。
我国微地震井中监测技术长期处于跟随状态。 1985 年，VSP 技术被原中石油天然气总公司正式列为“七五”攻关项目; 1999 年，胜利油田为进行井间储层连通性研究而开展了井间地震实验; 2007 年，高密度的 Walkaround VSP 实验在吐哈探区首次被实现; 2014 年，中石油首次开展了全井段 DAS 光纤地震实验，该实验实现了井中监测技术在多方面的应用[7]。
2. 2 微地震地面监测技术
微地震地面监测技术是指大量检波器布设在地面区域，形成 3D 测网进行微地震信号数据的拾取和分析，对微地震事件进行监测从而评估压裂效果[8-9，12]。地面监测往往是井中监测的有利补充。 McMechan 于 1982 年提出对地面监测震源定位问题，可利用反射地震数据体的偏移模型解决; Kiselevitch 等 1991 年新定义了一个相干系数并提出了有关微地震地面监测的声发射成像法; 2004 年 6 月，水力压裂地面微地震监测技术在 Barnett 页岩区第 1 次得以应用[3]。依据监测仪器的布设方式，微地震地面监测技术又可细分为地表监则技术和浅井监测技术[8]。地表监测是将检波器放置在距地表 20 ～ 30 cm 处，由于地表随机噪音较强，且微地震信号能量较弱，待纵横波信号传至地表时大部分已被噪音淹没，故检波器一般被要求放置在离井口有一定距离处，且要以井口为中心，以多方位覆盖的排列方式进行布置，以达到微震能量聚拢的效果，进而更好地达到监测效果。微地震地表监测数据处理解释流程如图 3 所示。能量扫描定位法是地表监测中常用的微震事件定位方法。浅井监测是指将检波器放置在有一定深度的浅井之中，其目的是尽量减少地面对微震信号能量衰减的影响。浅井监测的数据处理解释方法与地表监测的方法相同[8]。
对于在地表使用大规模阵列式监测方法，其检波器数量多故占巨大优势，但因其定位处理成功率不高且施工复杂导致其不能用作日常监测手段。理论上说，只要观测区域极度安静，单台检波器就能观测到0 级以下的微地震，但很难有这种观测环境[6]。
2. 3 井中监测与地面监测对比
微地震井中监测技术和微地震地面监测技术有各自的优缺点。井中监测能达到较高的水平和垂直定位精度，技术已经发展成熟[13]，其最大的优点是干扰噪声相对地面要小很多，记录信号的信噪比较高，能获得高质量的数据[8]。其局限性是检波器阵列的放置被限制在某一线段范围内，可能会引起一系列误差，井下设备昂贵以及阵列施工复杂费时导致成本变高[6]。地面监测由于监测方位角大的优点，能更精确地确定微震裂缝的走向，水平定位结果精度较高[8，12]，而且检波器的大量放置使得该技术具有更广的监测范围。但由于布设点常常达到几百个，检波器总数可以以万为单位计量，导致投入的成本过多，且检波器放置在地面受地表干扰严重，实时处理难度较大[8]。
3 微震监测技术发展方向
随着我国油气勘探开发技术的发展与不断提升，微地震监测技术将面临从勘探到开发各个环节不同应用目的挑战。而且，勘探对象不同，该技术也会面临不同的挑战。
3. 1 地面监测逐渐成为趋势
虽然井中监测技术和地面监测技术各有其优缺点，但近年来，随着研究者们对微地震地面监测技术的不断研究和攻克，证明地面监测技术能够得到可信的数据，而且也能基本满足刻画裂缝形态的需求。地面监测技术的最大优点是能够对大区域或范围内的水平井压裂或油田开发以及注水过程进行监测。目前各大石油服务公司都在抓紧研发地面监测技术，引发技术热潮，使得该技术的业务量迅速在世界各地大幅度增长。我国的非常规勘探技术尚处于起步发展阶段，而供井下观测的野外井很少，故地面微地震监测技术将更多地被应用，该技术也是发展和努力的方向[9]。
3. 2 井中监测步入精细化
虽然微地震井中监测技术已经实现实时处理，但是其精确度仍有很大的提升空间。在井中监测中仪器数据传输能力会逐步提高，多井井中监测也成为一种选择。而且，偏振方向分析的计算以及初至拾取的精度将会通过交互分析和迭代求解得到进一步的提高和进步[9]。
3. 3 安置永久检波器及油藏长期动态监测
随着仪表化油田的出现，在油气田开发过程中，通过安置永久检波器来监测地下流体诱发微地震事件便占据着重要作用。该永久检波器的要求是性价比要高，如维护费用低，能进行自动检测事件，能实现实时数据回收等。在非常规油气开采阶段，油藏驱动监测是必不可少的，因为我国非常规油气田要靠注气、注水等油藏驱动措施来保持稳产，所以可以利用在注气、注水过程中引发的微地震事件进行油藏驱动监测，实现岩石内部流体前缘三维成像，油藏工程师可以通过分析裂缝成像等来整体优化采油方案，提高油气田采油率和开发率。与普通压裂作业产生的微地震事件相比，这种注水、注气产生的微震事件能量会更小且信噪比更低，需要进行专门的去噪处理和定位方法研究[9]。
3. 4 发展快速准确的地震矩张量反演( MTI) 方法
地震矩张量反演( MTI) 方法是从微地震震源机制入手，通过对岩石破裂过程及破裂力学和应变力学的分析解释，对产生微震信号的震源区域进行裂缝描述，得到更丰富的震源参数。而传统的地震矩张量反演方法耗时长且复杂，所以急需发展快速而准确的矩张量反演方法。地震矩张量反演可以分析从地下检波器获得的信号及辐射状图形，判断裂缝面和滑移度，可以提供裂缝的方向、体积及支撑剂的分布等信息，同时可提供建立地质力学的框架，也有助于实现增产的目标[13]。
4 结语
微地震震源定位是微地震监测技术的核心和目的。微地震井中监测技术的优势是获得的微地震信号信噪比较高，定位结果垂向精度高; 其劣势是监测范围有限，检波器在井中是线性分布。微地震地面监测的优势是可以放置数量较多的检波器使其得到更大的监测范围，能更精确地确定裂缝走向，其劣势是在地表信息受干扰严重，且上千道检波器导致采集成本过高。随着非常规油气勘探开发的推进，需要持续不断地完善升级微地震监测技术新方法和新科技，力求效益最大化。微地震监测技术在持续不断向前发展: 微地震地面监测技术因其高信噪比以及精确地数据正逐渐成为发展的趋势; 微地震井中监测技术在精度方面还存在很大的提升空间; 随着仪表化油田的出现，通过安置永久检波器来监测地下流体诱发微地震事件便占据着重要作用; 通过注气、注水等油藏驱动措施，可以保持非常规油气的稳产、高产; 传统的地震矩张量反演方法耗时长且复杂，急需发展快速而准确的矩张量反演方法。参
考文献( References) :
[1] 董恩博. 微地震监测技术现状及发展趋势[J]. 内蒙古石油化工，2016( 1) : 108-112. Dong Enbo. Status and development trend of microseismic monitoring technology[J]. Inner Mongolia Petrochemical Industry，2016 ( 1) : 108-112.
[2] 严永新，张永华，陈祥，等. 微地震技术在裂缝监测中的应用研究[J]. 地学前缘，2013，20( 3) : 270-274. Yan Yongxin，Zhang Yonghua，Chen Xiang，et al. Application of microseismic techniques in fracture monitoring[J]. Geoscience Front，2013，20( 3) : 270-274.
[3] 钟尉. 微地震监测技术在川南页岩气井水力压裂中的应用[D]. 成都: 成都理工大学，2015.
[4] 赵博雄，王忠仁，刘瑞，等. 国内外微地震监测技术综述[J]. 地球物理学进展，2014( 4) : 1882-1888. Zhao Boxiong，Wang Zhongren，Liu Rui，et al. Review of microseismic monitoring techniques at home and abroad[J]. Progress in Geophysics，2014( 4) : 1882-1888.
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