CN105277971A - 一种微地震监测***及方法 - Google Patents

Abstract

本申请实施例公开了一种微地震监测***及方法。该微地震监测***包括相互连接的光纤传感装置和数据采集装置；所述光纤传感装置可以铺设在地面和/或安装在井下，其用于传导向光纤内发射的激光信号和传导光纤内壁各点的反射激光信号；所述数据采集装置用于向光纤内发射激光信号并接收来自所述光纤传感装置内壁各点的反射激光信号，并将所述反射激光信号转化为第二地震信号，并对转化后的第二地震信号进行处理，进而确定出地下震源的强度和空间几何位置。利用本申请实施例所公开的微地震监测***进行微地震监测，可以提高微地震监测结果的可靠性和准确性。

Description

一种微地震监测***及方法

技术领域

本申请涉及地球物理勘探技术领域，特别涉及一种微地震监测***及方法。

背景技术

微地震监测技术是近年来出现的用于油气田开发阶段的新技术，其是通过观测、分析生产活动中所产生的微小地震事件来监测生产活动的影响、效果及地下状态的地球物理技术。该方法主要包括以下步骤：在井中或地面布置检波器排列；接收生产活动所产生或诱导的微小地震事件；并通过对这些事件的反演求取微地震震源位置等参数；最后，利用这些参数对生产活动进行监控或指导。目前，该方法主要用于油田低渗透储层和页岩储层水力压裂的裂缝动态成像和压后评估，以及油田开发过程中的动态监测。

微地震监测分为地面微地震监测和井中微地震监测这两种方式。目前，地面微地震监测主要是在目标区域(例如压裂井)周围的地面上，布置几百或上千个地面单分量或三分量检波器，利用所布置的检波器记录地下岩石破裂时所产生的地震信号来进行微地震监测。井中微地震监测主要是在目标区域周围临近的一口或几口井中布置几级到十几级三分量检波器接收阵列，然后利用所布置的检波器进行微地震监测。

在实现本申请过程中，发明人发现现有技术中至少存在如下问题：

现有技术中使用检波器阵列来进行微地震监测，但检波器的灵敏度比较低，检测范围有限(例如井下800米以内)，这影响了微地震监测结果的可靠性。

发明内容

本申请实施例的目的是提供一种微地震监测***及方法，以提高微地震监测结果的可靠性。

为解决上述技术问题，本申请实施例提供一种微地震监测***及方法是这样实现的：

本申请实施例提供了一种微地震监测***，包括：相互连接的光纤传感装置和数据采集装置；

所述光纤传感装置包括光纤，所述光纤传感装置铺设于地面和/或井中，其用于传导所接收到的激光信号、接收地下震源发出的第一震动信号以及向所述数据采集装置发送来自所述光纤的反射激光信号；

所述数据采集装置用于将所接收的反射激光信号转化为第二地震信号，并对所转化的第二地震信号进行处理，进而确定出地下震源的强度和空间几何位置。

在一些实施例中，所述数据采集装置包括：

接收单元，用于接收所有监测点处的所述反射激光信号；

对比单元，用于将所述接收单元接收的M个监测点处的反射激光信号与所述M个监测点处预设的反射激光信号进行对比，判断所述M个监测点处的反射激光信号是否发生变化，其中M为大于或等于3正整数；

选取单元，用于在所述对比单元判断出所述M个监测点处的反射激光信号发生变化时，选取发生变化的N个监测点处的反射激光信号，其中，3≤N≤M；

转化单元，用于将所述选取单元所选取的反射激光信号转化为第二震动信号；

处理单元，用于对所述第二震动信号进行处理，确定出所述地下震源的强度和空间几何位置。

在一些实施例中，所述数据采集装置包括：

接收单元，用于接收所有监测点处的所述反射激光信号；

转化单元，用于将所述接收单元所接收的M个监测点处的所述反射激光信号转化为第二震动信号；

对比单元，用于将所述转化单元所转化的M个监测点处的第二震动信号与所述M个监测点处预设的震动信号进行对比，判断所述M个监测点处的第二震动信号是否发生变化；

选取单元，用于在所述对比单元判断出所述M个监测点处的第二震动信号发生变化时，选取发生变化的N个监测点处的第二震动信号；

处理单元，用于对所述选取单元所选取的第二震动信号进行处理，确定出所述地下震源的强度和空间几何位置。

在一些实施例中，所述处理单元包括：

第一确定子单元，用于根据所述第二震动信号的能量，确定所述地下震源的强度；

计算子单元，用于根据所述第二震动信号中纵波和横波的接收时差，计算所述地下震源到所述N个监测点的最短直线距离；

第二确定子单元，用于利用所述计算子单元所计算出的最短直线距离以及所述N个监测点的位置坐标，确定所述地下震源的空间几何位置。

在一些实施例中，所述数据采集装置还包括发射单元，所述发射单元用于向所述光纤传感装置发射激光信号。

在一些实施例中，所述微地震监测***还包括发射装置，所述发射装置用于向所述光纤传感装置发射激光信号。

在一些实施例中，所述光纤传感装置包括一个或多个分布式光纤震动传感缆或铠装光纤缆，所述分布式光纤震动传感缆中含有分布式声波传感光纤。

本申请实施例还提供了另一种微地震监测***，包括：相互连接的光纤传感装置、数据采集装置以及数据处理装置；

所述光纤传感装置包括光纤，所述光纤传感装置铺设于地面和/或井中，其用于传导所接收到的激光信号、接收地下震源发出的第一震动信号以及向所述数据采集装置发送来自所述光纤的反射激光信号；

所述数据采集装置用于将所接收的反射激光信号发送给数据处理装置；

所述数据处理装置用于将所述数据采集装置发送的反射激光信号转化为第二地震信号，并对所转化的第二地震信号进行处理，确定出地下震源的强度和空间几何位置。

在一些实施例中，所述数据处理装置包括：

接收单元，用于接收所述数据采集装置发送的所述反射激光信号；

对比单元，用于将所述接收单元接收的M个监测点处的反射激光信号与所述M个监测点处预设的反射激光信号进行对比，判断所述M个监测点处的反射激光信号是否发生变化，其中M为大于或等于3正整数；

选取单元，用于在所述对比单元判断出所述M个监测点处的反射激光信号发生变化时，选取发生变化的N个监测点处的反射激光信号，其中，3≤N≤M；

转化单元，用于将所述选取单元所选取的反射激光信号转化为第二震动信号；

处理单元，用于对所述第二震动信号进行处理，确定出所述地下震源的强度和空间几何位置。

在一些实施例中，所述数据处理装置包括：

接收单元，用于接收所述数据采集装置发送的所述反射激光信号；

转化单元，用于将所述接收单元所接收的M个监测点处的所述反射激光信号转化为第二震动信号；

对比单元，用于将所述转化单元所转化的M个监测点处的第二震动信号与所述M个监测点处预设的震动信号进行对比，判断所述M个监测点处的第二震动信号是否发生变化；

选取单元，用于在所述对比单元判断出所述M个监测点处的第二震动信号发生变化时，选取发生变化的N个监测点处的第二震动信号；

处理单元，用于对所述选取单元所选取的第二震动信号进行处理，确定出所述地下震源的强度和空间几何位置。

在一些实施例中，所述处理单元包括：

第一确定子单元，用于根据所述第二震动信号的能量，确定所述地下震源的强度；

计算子单元，用于根据所述第二震动信号中纵波和横波的接收时差，计算所述地下震源到所述N个监测点的最短直线距离；

第二确定子单元，用于利用所述计算子单元所计算出的最短直线距离以及所述N个监测点的位置坐标，确定所述地下震源的空间几何位置。

在一些实施例中，所述数据采集装置还包括发射单元，所述发射单元用于向所述光纤传感装置发射激光信号。

在一些实施例中，所述微地震监测***还包括发射装置，所述发射装置用于向所述光纤传感装置发射激光信号。

在一些实施例中，所述光纤传感装置包括一个或多个分布式光纤震动传感缆或铠装光纤缆，所述分布式光纤震动传感缆中含有分布式声波传感光纤。

本申请实施例还提供了一种利用上述微地震监测***进行微地震监测的方法，包括：

传导所接收到的激光信号；

接收地下震源发出的第一震动信号；

向所述数据采集装置发送来自位于地面和/或井中的反射激光信号，以确定出地下震源的强度和空间几何位置。

本申请实施例还提供了另一种利用上述微地震监测***进行微地震监测的方法，包括：

接收位于地面和/或井中的所述光纤传感装置发送的反射激光信号，所述反射激光信号包括所述光纤接收到所述震动信号后所反射的第一反射激光信号；

将所述反射激光信号转化为第二震动信号；

对所述第二震动信号进行处理，确定出所述地下震源的强度和空间几何位置。

由以上本申请实施例提供的技术方案可见，本申请实施例所提供的微地震监测***中设有光纤传感装置，即该微地震监测***采用光纤探测，其可以检测微弱的震动信号或声波信号，而且一根光纤上可以有成千上万个震动信号的监测点，这可以提高微地震监测***的灵敏度以及检测范围，从而实现了提高微地震监测结果的可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请实施例中微地震监测***的一种结构示意图。

图2是本申请实施例中微地震监测***的另一种结构示意图。

图3是本申请实施例中利用微地震监测***进行微地震监测的一种方法流程图。

图4是本申请实施例中利用微地震监测***进行微地震监测的另一种方法流程图。

图5是本申请实施例中利用微地震监测***进行地面微地震监测的一种示意图。

图6是本申请实施例中利用微地震监测***进行地面微地震监测的另一种示意图。

图7是本申请实施例中利用微地震监测***进行单井微地震监测的示意图。

图8是本申请实施例中利用微地震监测***进行双井微地震监测的示意图。

图9是本申请实施例中利用微地震监测***同时进行地面和井中微地震监测的示意图。

具体实施方式

本申请实施例提供一种微地震监测***及方法。

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

图1为本申请实施例提供的一种微地震监测***的结构示意图。该微地震监测***可以包括：相互连接的光纤传感装置2和数据采集装置3。光纤传感装置2中设有光纤，该装置可以铺设于地面和/或安装在井中，其可以用于传导来自外界的激光信号、接收地下震源发出的第一震动信号以及向数据采集装置3发送来自所述光纤的反射激光信号。数据采集装置3可以用于接收光纤传感装置2发送的反射激光信号，并将所述反射激光信号转化为第二震动信号，并对转化后的第二震动信号进行处理，确定出地下震源的强度和空间几何位置。

所述第二震动信号可以和所述第一震动信号相同，也可以不同。例如，所述第二震动信号中还可能外界其他微弱干扰所产生的震动信号。

在一实施例中，数据采集装置3可以包括接收单元、对比单元、选取单元、转化单元以及处理单元(图中未示出)。其中，

所述接收单元可以用于接收所述光纤上所有监测点处的反射激光信号。所述反射激光信号可以为第一反射激光信号或第二反射激光信号。所述第一反射激光信号可以是指所述光纤接收到地下震源发出的震动信号后，其内壁各点所反射回的反射激光信号；所述第二反射激光信号可以是指地下没有震源或地下震源所产生的震动信号未传播到所述光纤时，所述光纤接收到激光信号后，其内壁各点所反射回的反射激光信号。所述监测点可以是技术人员根据勘探任务或者所采集到的地震数据来设定的，例如对于1000米长的光纤，可以每1米、2米、5米或10米设置一监测点。所述监测点可以是一个点，也可以表示一段距离内的所有点。所述第一反射激光信号或第二反射激光信号均可以包括散射光的振幅和相位。所述第一反射激光信号与所述第二反射激光信号可以不同，具体的可以是指散射光的振幅不同，也可以是指散射光的相位不同，还可以是指散射光的振幅和相位都不相同。

所述对比单元可以用于将所述接收单元接收的M个监测点处的反射激光信号与所述M个监测点处预设的反射激光信号进行对比，判断所述M个监测点处的反射激光信号是否发生变化。其中M为大于或等于3正整数，其可以表示监测点的总数量。所述预设的反射激光信号可以是技术人员根据理论计算或实验数据来设置的。

所述选取单元可以用于在所述对比单元判断出所述M个监测点处的反射激光信号发生变化时，即所述M个监测点中存在有多个监测点处的反射激光信号与该监测点处预设的反射激光信号不同时，从所述M个监测点处的反射激光信号中选取N个发生变化的反射激光信号，其中3≤N≤M。

所述转化单元可以用于将所述选取单元所选取的反射激光信号转化为第二震动信号。

所述处理单元可以用于对所述转化单元所转化的第二震动信号进行处理，确定出所述地下震源的强度和空间几何位置。所述处理单元可以包括：

第一确定子单元，其可以用于根据所述第二震动信号的能量，确定所述地下震源的强度。所述能量可以是所述第二震动信号振幅或对所述振幅进行处理所得到的数值，例如，对所述振幅进行平方运算。

计算子单元，其可以用于根据所述第二震动信号中纵波和横波的接收时差，计算所述地下震源到所述N个监测点的最短直线距离；

第二确定子单元，其可以用于利用所述计算子单元所计算出的最短直线距离以及这N个监测点的位置坐标，确定所述地下震源的空间几何位置。

在另一实施例中，数据采集装置3可以包括接收单元、转化单元、对比单元、选取单元以及处理单元(图中未示出)。其中，

所述接收单元可以用于接收所有监测点处的所述反射激光信号；

所述转化单元可以用于将所述接收单元所接收的M个监测点处的所述反射激光信号转化为第二震动信号；

所述对比单元可以用于将所述转化单元所转化的M个监测点处的第二震动信号与所述M个监测点处预设的震动信号进行对比，判断所述M个监测点处的第二震动信号是否发生变化。所述预设的震动信号可以是技术人员根据理论计算或实验来设置的；

所述选取单元可以用于在所述对比单元判断出所述M个监测点处的第二震动信号发生变化时，选取发生变化的N个监测点处的第二震动信号；

所述处理单元可以用于对所述选取单元所选取的第二震动信号进行处理，确定出所述地下震源的强度和空间几何位置。

需要说明的是，对该实施例的具体描述可以参考上一实施例，在此不再赘叙。

在一实施例中，数据采集装置3还可以包括发射单元，所述发射单元可以用于向光纤传感装置2发射激光信号。

在另一实施例中，该微地震监测***还可以包括发射装置(图中未示出)，所述发射装置可以用于向所述光纤传感装置发射激光信号。

光纤传感装置2可以为分布式光纤震动传感缆，也可以为铠装光纤缆。分布式光纤震动传感缆和铠装光纤缆同时具有传输和传感的功能，使得传感光纤所形成的光纤链路上的每一监测点都是敏感点，每一监测点都可以相当于一个震动传感器，因而理论上分布式光纤震动传感缆的传感距离可以任意长，空间分辨率也可以任意小，这也可以增大分布式光纤震动传感缆的检测范围。所述监测点可以是光纤链路上的任意一点，也可以是技术人员根据勘探任务在光纤链路上所选择的符合条件的点。

光纤传感装置2可以铺设于地面或浅埋于地表以下，也可以铺设于一口井或多口井中。

光纤传感装置2中的光纤可以为分布式声波传感光纤。其除了具备传统的光纤传感器所具备的无源、抗电磁干扰特性等优点，还具有以下优点：

(1)分布式感知与高密度采集：分布式声波传感光纤自身就是传感器，可以用很低的代价实现高密度地震信号采集；

(2)大容量传输：分布式声波传感光纤自身可实现大容量数据传输，不需要像其他微结构的传感器一样对光纤进行处理，可以作为地震数据传输的通信光缆；

(3)检测距离长：在实验中，分布式声波传感光纤的检测距离可达175公里；在实际应用中，其检测距离可以达到80公里；

(4)高灵敏度：由于光的相位检测技术是以光波长为计量单位，因此可以用于探测非常微弱的震动或声波信号；

(5)准确的多点定位：分布式声波传感光纤中每个传感单元都是独立的、以同步的采样周期接收外界信号，而不会互相干扰。

(6)低成本：由于分布式声波传感光纤具有全分布式和长距离等特性，传感单元是均匀一致的光缆，其单位监测长度的成本可以远远低于其他类型的电子传感器(例如，地震检波器)和点式光纤传感器。

通过上述描述可以看出，本申请实施例所提供的微地震监测***中设有光纤传感装置，即该微地震监测***采用光纤探测，其可以检测微弱的震动信号或声波信号，这可以提高微地震监测***的灵敏度以及检测范围，从而实现了提高微地震监测结果的可靠性。此外，光纤传感装置中的光纤可以是分布式声波传感光纤，其具有价格低廉、重量轻、传感距离长、灵敏度高等优点，而且一根光纤上可以有成千上万个震动信号的监测点，因而可以测得大量数据，这可以进一步降低微地震监测***的生产成本、增加所监测的地下地震事件的数量、提高微地震监测结果的质量、信噪比以及可靠性等。

本申请实施例还提供了另一种微地震监测***，如图2所示。该微地震监测***可以包括：相互连接的光纤传感装置21、数据采集装置22以及数据处理装置23。光纤传感装置21中设有光纤，该装置可以用于传导来自外界的激光信号、接收地下震源发出的第一震动信号以及向数据采集装置3发送来自所述光纤的反射激光信号。数据采集装置22可以用于接收光纤传感装置2发送的反射激光信号，并将所接收的反射激光信号发送给数据处理装置23。数据处理装置23可以将所述反射激光信号转化为第二震动信号，并对转化后的第二震动信号进行处理，确定出地下震源的强度和空间几何位置。

需要说明的是，对该实施实例的具体描述可以参考图1所示的微地震监测***的具体描述。

通过上述描述可以看出，本申请实施例所提供的微地震监测***中设有光纤传感装置，即该微地震监测***采用光纤探测，其可以检测微弱的震动信号或声波信号，这可以提高微地震监测***的灵敏度以及检测范围，从而实现了提高微地震监测结果的可靠性。此外，光纤传感装置中的光纤可以是分布式声波传感光纤，其具有价格低廉、重量轻、传感距离长、灵敏度高等优点，其上每一点均可以作为监测点，因而可以测得大量数据，这可以进一步降低微地震监测***的生产成本、增加所监测的地下地震事件的数量、提高微地震监测结果的质量、信噪比以及可靠性等。

本申请实施例还提供了一种利用上述微地震监测***进行微地震监测的方法，如图3所示。所述微地震监测可以包括地面微地震监测和/或井中微地震监测。该方法可以包括以下步骤：

S110：光纤传感装置传导所接收到的激光信号。

所述光纤传感装置可以为一个或多个分布式光纤震动传感缆，也可以为铠装光纤缆。所述光纤传感装置中可以设有分布式声波传感光纤。

在接收到数据采集装置或其他装置发射的激光信号后，所述光纤传感装置可以在其内部传导所接收到的激光信号，以使所述激光信号可以传播到光纤内壁的各点上。

所述激光信号可以是数据采集装置或其他装置基于触发条件发送的。所述触发条件可以是指示发射激光信号的自动化指令或人工指令，也可以是预设的发射激光信号的时间。

S120：光纤传感装置接收地下震源发出的第一震动信号。

在地下震源发出第一震动信号后，在一定时间内所述第一震动信号可以传播到达光纤传感装置，即光纤传感装置接收地下震源发出的第一震动信号。

所述第一震动信号可以为地震信号，也可以为微地震信号，还可以为其他形式的震动信号。所述微地震信号可以是地下岩石破裂或形变所产生的信号。

S130：光纤传感装置向数据采集装置发送来自所述光纤的反射激光信号，以确定出地下震源的强度和空间几何位置。

在所述光纤传感装置接收地下震源发出的第一震动信号后，所述光纤内壁上各点可能会产生相应的应变，某一点上的应变可能造成该点的反射激光信号发生振幅和/或相位的变化。当在所述光纤上产生变化的反射激光信号后，所述光纤传感装置将从所述光纤内壁反射回的反射激光信号发送给所述数据采集装置。所述数据采集装置可以对所接收的反射激光信号进行处理，确定出所述地下震源的强度和空间几何位置。

在一实施例中，所述数据采集装置对所接收的反射激光信号进行处理，确定出所述地下震源的空间几何位置可以包括所述数据采集装置将所接收的反射激光信号与预设的反射激光信号进行对比，判断所接收的反射激光信号是否发生变化；在判断出所接收的反射激光信号发生变化时，选取发生变化的N个监测点所对应的反射激光信号；对所选取的反射激光信号进行处理，确定出所述地下震源的强度和空间几何位置。

所述将所接收的反射激光信号与预设的反射激光信号进行对比可以是指将所接收的反射激光信号的振幅、相位和/或能量与预设的反射激光信号的振幅、相位和/或能量进行对比。

所述判断所接收的反射激光信号是否发生变化可以是指判断所接收的反射激光信号的能量是否与所述预设的反射激光信号的能量相同或者判断二者的能量差值是否在预设范围内。所述判断所接收的反射激光信号是否发生变化可以是指判断所述反射激光信号的振幅和/或相位是否发生变化。

在另一实施例中，所述数据采集装置对所接收的反射激光信号进行处理，确定出所述地下震源的空间几何位置可以包括所述数据采集装置将所接收的每个监测点处的反射激光信号各自进行对比，判断是否存在监测点处的反射激光信号发生突变(所述发生突变可以是指该监测点处信号的振幅或能量与前后相邻监测点处的振幅或能量差异很大)；在判断出存在有监测点处的反射激光信号发生变化时，选取发生变化的N个监测点所对应的反射激光信号；对所选取的反射激光信号进行处理，确定出所述地下震源的强度和空间几何位置。

在另一实施例中，所述数据采集装置对所接收的反射激光信号进行处理，确定出所述地下震源的空间几何位置可以包括将所接收的M个监测点处的所述反射激光信号转化为第二震动信号；将所转化的M个监测点处的第二震动信号与所述M个监测点处预设的震动信号进行对比，判断所述M个监测点处的第二震动信号是否发生变化；在判断出所述M个监测点处的第二震动信号发生变化时，选取发生变化的N个监测点处的第二震动信号；对所述选取单元所选取的第二震动信号进行处理，确定出所述地下震源的强度和空间几何位置。

在一实施例中，所述数据采集装置对所转化的第二震动信号进行处理，确定出所述地下震源的强度和空间几何位置可以包括所述数据采集装置可以根据所述第二震动信号的能量，确定所述地下震源的强度；根据所述第二震动信号中纵波和横波的接收时差，计算地下震源到所述N个监测点的最短直线距离；利用所计算出的最短直线距离以及所述N个监测点的位置坐标，确定所述地下震源的空间位置。

在另一实施例中，所述数据采集装置对所选取的反射激光信号进行处理，确定出所述地下震源的强度和空间几何位置可以包括所述数据采集装置将所选取的反射激光信号发送给所述微地震监测***中的数据处理装置；所述数据处理装置将所接收的反射激光信号转化为第二震动信号；所述数据处理装置根据所述第二震动信号的能量，确定所述地下震源的强度；并根据所述第二震动信号中纵波和横波的接收时差，计算地下震源到所述N个监测点的最短直线距离；所述数据处理装置利用所计算出的最短直线距离以及所述N个监测点的位置坐标，确定所述地下震源的空间位置。

可以利用下述公式来计算地下震源到第i个监测点的最短直线距离R_i：

$Ri=\frac{V_S{V}_P}{V_S-V_P}\×{\mathrm{\Δt}}_i---\left(1\right)$

Δt_i＝t_Si-t_Pi(2)

其中，Ri为某一震源点与第i个监测点之间的最短直线距离；V_P和V_S分别为纵波速度和横波速度，其可以从测井数据中获取；t_Si为横波到达第i个监测点的时间；t_Pi为纵波到达第i个监测点的时间；i为正整数。

在上述实施例中，均可以采用现有的计算方法来计算地下震源的空间几何位置，在此不再赘叙。需要说明的是，所述确定所述地下震源的强度和所述确定地下震源的空间几何位置之间的执行顺序并没有限制。

在所述第一震动信号为岩石破裂所产生的信号时，数据采集装置3可以通过对转化后的震动信号进行处理，来确定岩石的破裂位置，破裂强度、破裂机制、裂隙的几何尺寸和方位走向等信息。具体的，数据采集装置3可以通过所检测到的纵波和横波到达观测点之间的时间差来确定岩石的破裂位置；还可以根据所述检测到的微地震信号的能量大小来确定岩石的破裂强度，所接收的微地震信号的能量越大，则岩石的破裂强度就越大；也可以根据震源点两侧观测点上检测到的微地震信号的极性来判断岩石的破裂机理，地下岩石破裂点的破裂机理可以分为张性破裂、剪切性破裂、张性和剪切性混合破裂等等；也还可以根据压裂作业过程中产生的微地震事件的分布范围和随作业时间而增加的微地震事件数量来确定地下岩石破裂后的裂隙的几何尺度和方位走向信息。

通过上述描述可以看出，本申请实施例通过利用光纤传感装置来接收地下震源发出的第一震动信号，并根据所接收的第一震动信号，向数据采集装置发送所述激光信号的反射激光信号，以确定出所述地下震源的空间位置，这可以提高微地震监测结果的可靠性。

本申请实施例还提供了一种利用上述微地震监测***进行微地震监测的方法，如图4所示。所述微地震监测可以包括地面微地震监测和/或井中微地震监测。该方法可以包括以下步骤：

S210：接收来自光纤传感装置的反射激光信号。

数据采集装置可以接收光纤传感装置的反射激光信号。所述反射激光信号可以为第一反射激光信号或第二反射激光信号。

S220：将所述反射激光信号转化为第二震动信号。

在接收到反射激光信号后，数据采集装置可以直接将所接收的反射激光信号转化为第二震动信号；也可以将所接收的反射激光信号发送给数据处理装置，数据处理装置将所接收的反射激光信号后转化为第二震动信号。

S230：对所述第二震动信号进行处理，确定出所述地下震源的强度和空间几何位置。

若上一步骤中数据采集装置将所接收的反射激光信号转化为第二震动信号，则在该步骤中数据采集装置对所述第二震动信号进行处理，确定出所述地下震源的强度和空间几何位置。若上一步骤中数据处理装置将所接收的反射激光信号转化为第二震动信号，则在该步骤中数据处理装置对所述第二震动信号进行处理，确定出所述地下震源的强度和空间几何位置。

步骤S210-S230的具体执行过程可参考图3所示的实施例以及图1-2所示的微地震监测***，在此不再赘叙。

下面以具体应用实例来进一步说明如何利用本申请实施例所提供的微地震监测***来进行水力压裂的地面微地震监测和/或井中微地震监测。

图5-图6示出了利用本申请中的微地震监测***进行地面微地震监测的示意图。在该实施例中，光纤传感装置为光纤震动传感缆2，其可以铺设于地面或浅埋于地表以下，具体的可以铺设在地下将进行压裂作业的水平井段的上方，且光纤震动传感缆2的长度和分布范围可以大于所述水平井段的长度。光纤震动传感缆2内部的传感光纤上具有多个监测点4，所述多个监测点4可以包括至少三个示例性观测点，例如监测点P1-P3。所述观测点可以是地震波传播至光纤震动传感缆2的所在位置处。光纤震动传感缆2可以用于检测地下岩石破裂或变形时所产生的微地震信号。数据采集装置为仪器车3，其内可以放置有采集仪器和数据处理计算机，可以用于记录井中光纤震动传感缆2接收到的微地震信号并进行处理。

在一实施例中，利用该微地震监测***进行地面微地震监测的具体过程可以表述如下：

在触发条件下，仪器车3向光纤震动传感缆2发射激光信号，激光信号通过光纤震动传感缆2内部的传感光纤时发生反射，光纤震动传感缆2将反射回的反射激光信号发送给仪器车3进行处理。

当地下岩石破裂所产生的微地震信号从岩石破裂点1(即震源点S)沿地层以纵波速度V_P和横波速度V_S向震源点S周围的三维空间传播时，如果地层的纵波速度V_P和横波速度V_S一直保持不变，岩石破裂点1产生的微地震信号将以球面波的形式向外传播，地震波中的直达纵波和横波会按其震源点S距离地面的直线距离依次到达地面。当地震波传播至光纤震动传感缆2时，光纤震动传感缆2上的各监测点4依次受到地震波的影响而产生振动并引起光纤发生应变，从而导致通过传感光纤的激光信号的特征发生改变，进而导致光纤震动传感缆2反射回的反射激光信号发生变化。光纤震动传感缆2将发生变化的反射激光信号发送至仪器车3。仪器车3中的处理仪器对光纤震动传感缆2发送的反射激光信号进行处理，根据处理结果确定出岩石破裂点1的具***置、破裂强度、破裂机制、裂隙的几何尺寸以及方位走向等信息。

下面以监测点P₁-P₃作为观测点为例，来说明如何确定出岩石破裂点1的具***置，如图5-6所示。在图5中，监测点P₁在震源点S的左边，监测点P₂在震源点S的正上方，监测点P₃在震源点S的右边，监测点P₂和P₃与监测点P₁对称。在图6中，监测点P₁在震源点S的左边，监测点P₂在震源点S的正上方，监测点P₃在震源点S的右边，监测点P₂和P₃并不与监测点P₁对称。需要说明的是，监测点P₁-P₃并不限于位于图5和图6中所示的位置处。

在这两幅图中，震源点S与监测点P₁、P₂和P₃之间的最短直线距离分别为R5、R6和R7，其中R6是震源离地面最近的距离，震源点S向周围的三维空间传播的地震波会最先到达监测点P₂。根据几何学，可以判断震源点S位于以R5为半径、监测点P1为球心的球面8上，也位于以R6为半径、监测点P2为球心的球面9上以及以R7为半径、监测点P3为球心的球面10上，其具体是位于三个球面8、9、10之间的唯一交点处。可以利用上述公式(1)和(2)来计算R5、R6和R7。

根据计算所得到的R5、R6和R7以及监测点P₁、P₂和P₃的位置坐标，可以计算出震源点S的位置坐标，即可以得到岩石破裂点1的空间几何位置。可以采用现有的计算方法来计算震源点S的几何位置坐标，在此不再赘叙。

需要说明的是，上述仅以三个观测点为例来说明如何确定出岩石破裂点1的位置，但观测点的数量并不限于三个。观测点越多，对地下岩石破裂点1或震源点S的空间几何位置的定位精度越高。上述仅以地下的一个震源点为例，对于其他震源点的空间几何位置也可以以同样的方法来计算，在此不再赘叙。

通过利用本申请实施例所提供的微地震监测***进行地面微地震监测，可以提高定位地下微地震事件的水平坐标的准确度和可靠性。

图7-图8示出了利用本申请中的微地震监测***进行井中微地震监测的示意图。其中，图7为在单井中铺设铠装光纤震动传感缆进行井中微地震监测的示意图。图8为在两口或两口以上井中铺设铠装光纤震动传感缆进行井中微地震监测的示意图。

如图7所示，该微地震监测***可以包括一根铺设于井中的光纤震动传感缆2以及仪器车3。光纤震动传感缆2可以用于感测地下岩石破裂或变形时所产生的微地震信号。仪器车3与光纤震动传感缆2连接，其内可以放置有采集仪器和处理计算机，可以用于记录井中光纤震动传感缆2接收到的微地震信号并进行处理。

光纤震动传感缆2可以为铠装光纤缆，其由安放在一根或数根直径比较小的不锈钢管内的一根或数根光纤和一层或数层包裹在所述不锈钢管外面的高强度耐腐蚀的铠装钢丝构成，以防止光纤在井下受外力而损坏。为了保证良好的耦合，不锈钢管内会加注胶状的声波耦合剂，以保证传感光纤和不锈钢管壁之间没有间隙/空隙，地下的震动信号能顺利的被传感光纤检测到。井下可以用以下三种布设方式来布设铠装光纤缆：(1)悬挂在套管或裸眼井筒里；(2)固定或绑定在油管外侧，随油管一起推到井下；(3)用水泥永久性地固封在套管外侧。

利用该分布式井下光纤微地震监测***进行井中微地震监测的具体过程和利用井下三分量检波器阵列进行井中微地震监测的具体过程一样，在此不再赘叙。

如图8所示，该微地震监测***可以包括两根铺设于两口井(第一监测井和第二监测井)中的光纤震动传感缆2以及仪器车3。这两个光纤震动传感缆2可以用于感测地下岩石破裂或变形时所产生的微地震信号。仪器车3与这两个光纤震动传感缆2均连接，可以用于记录井中光纤震动传感缆2接收到的微地震信号并进行处理，其内可以放置有采集仪器和处理计算机。

光纤震动传感缆2可以为铠装光纤缆，其由安放在一根或数根直径比较小的不锈钢管内的一根或数根光纤和一层或数层包裹在所述不锈钢管外面的高强度耐腐蚀的铠装钢丝构成，以防止光纤在井下受外力而损坏。为了保证良好的耦合，不锈钢管内会加注胶状的声波耦合剂，以保证传感光纤和不锈钢管壁之间没有间隙/空隙，地下的震动信号能顺利的被传感光纤检测到。井下可以用以下三种布设方式来布设铠装光纤缆：(1)悬挂在套管或裸眼井筒里；(2)固定或绑定在油管外侧，随油管一起推到井下；(3)用水泥永久性地固封在套管外侧。

在一实施例中，利用该微地震监测***进行地面微地震监测的具体过程可以表述如下：

在触发条件下，仪器车3中的激光发射模块向光纤震动传感缆2发射激光信号，激光信号通过光纤震动传感缆2内部的传感光纤时发生反射，光纤震动传感缆2将反射回的反射激光信号发送给仪器车3中的数据采集模块。

当地下岩石破裂所产生的微地震信号从岩石破裂点1(即震源点S)沿地层以纵波速度V_P和横波速度V_S向震源点S周围的三维空间传播时，如果地层的纵波速度V_P和横波速度V_S一直保持不变，岩石破裂点1产生的微地震信号将以球面波的形式向外传播，地震波中的直达纵波和横波会按其震源点S距离地面的直线距离依次到达地面。当地震波传播至光纤震动传感缆2时，光纤震动传感缆2上的各监测点4依次受到地震波的影响而产生振动并引起光纤发生应变，从而导致通过传感光纤的激光信号的特征发生改变，进而导致光纤震动传感缆2反射回的反射激光信号发生变化。光纤震动传感缆2将发生变化的反射激光信号发送至仪器车3，仪器车3中的处理仪器对光纤震动传感缆2发送的反射激光信号进行处理，根据处理结果确定出岩石破裂点1的具***置、破裂强度、破裂机制、裂隙的几何尺寸以及方位走向等信息.

下面以监测点P₁、P₂、P₃作为观测点为例，来说明如何确定出岩石破裂点1的具***置。在图8中，监测点P₁在震源点S的上方，监测点P₂与震源点S在同一水平面上，监测点P₃在震源点S的下方。需要说明的是，监测点P₁、P₂、P₃并不限于位于图8中所示的位置处。

在图8中，震源点S与第一监测井中的监测点P₁、P₂和P₃之间的最短直线距离分别为R5、R6和R7，震源点S与第二监测井中的监测点P₁、P₂和P₃之间的最短直线距离分为R11、R12和R13。其中R6和R12分别为震源离第一监测井、第二监测井最近的距离。震源点S向周围的三维空间传播的地震波会最先到达这两监测井中的监测点P₂。根据几何学，可以判断震源点S位于分别以R5、R6和R7为半径，监测点P₁、P₂和P₃为球心的球面8、9、10的唯一交点处；也位于以R11、R12和R13为半径，监测点P₁、P₂和P₃为球心的球面14、15、16的唯一交点处，并且这两个唯一的交点重合。可以利用上述公式(1)-(2)来计算R5、R6、R7和R11、R12、R13。

根据计算所得到的R5、R6、R7和R11、R12、R13以及两个监测井中监测点P₁、P₂、P₃的位置坐标，可以计算出震源点S的位置坐标，即可以得到岩石破裂点1的空间几何位置。可以采用现有的计算方法来计算震源点S的位置坐标，在此不再赘叙。

需要说明的是，上述仅以三个观测点为例来说明如何确定出岩石破裂点1的位置，但观测点的数量并不限于三个。观测点越多，对地下岩石破裂点1或震源点S的空间几何位置的定位精度越高。上述仅以地下的一个震源点为例，对于其他震源点的空间几何位置也可以以同样的方法来计算，在此不再赘叙。

通过利用本申请实施例所提供的微地震监测***进行井中微地震监测，可以提高定位地下微地震事件的深度坐标的准确度和可靠性。

图9示出了利用本申请中的微地震监测***同时进行地面微地震监测和井中微地震监测的示意图。

下面以井下光纤震动传感缆中的监测点P₁、P₂、P₃和地面光纤震动传感缆中的监测点P₄、P₅、P₆作为观测点为例，来说明如何确定出岩石破裂点1的具***置。在图9中，井下光纤震动传感缆中的监测点P₁在震源点S的上方，监测点P₂与震源点S在同一水平面上，监测点P₃在震源点S的下方。地面光纤震动传感缆中的监测点P₄、P₅、P₆均在震源点S的上方。需要说明的是，监测点P₁、P₂、P₃并不限于位于图9中所示的位置处。

在图9中，震源点S与监测井中的监测点P₁、P₂和P₃之间的最短直线距离分别为R5、R6和R7，震源点S与地面光缆中的监测点P₄、P₅、P₆之间的最短直线距离分为R11、R12和R13。其中R6和R12分别为震源离监测井和地面光缆最近的距离。震源点S向周围的三维空间传播的地震波会最先到达监测井中的监测点P₂和地面光纤震动传感缆中的监测点P₅。根据几何学，可以判断震源点S位于分别以R5、R6和R7为半径，监测点P₁、P₂和P₃为球心的球面8、9、10的唯一交点处；也位于以R11、R12和R13为半径，监测点P₄、P₅和P₆为球心的球面14、15、16的唯一交点处，并且这两个唯一的交点重合。可以利用上述公式(1)-(2)来计算R5、R6、R7和R11、R12、R13。

根据计算所得到的R5、R6、R7和R11、R12、R13以及监测井中监测点P₁、P₂、P₃和地面光缆中的监测点P₄、P₅、P₆的位置坐标，可以计算出震源点S的位置坐标，即可以得到岩石破裂点1的空间几何位置。可以采用现有的计算方法来计算震源点S的位置坐标，在此不再赘叙。

对图9所示实例的具体描述可以参考图5-8所示实例的相关描述，在此不再赘叙。

通过利用本申请实施例所提供的微地震监测***同时进行井中和地面微地震监测，可以提高定位微地震事件在地下三维空间中位置坐标(水平坐标和深度坐标)的准确度和可靠性。

上述实施例阐明的***、装置或模块，具体可以由计算机芯片或实体实现，或者由具有某种功能的产品来实现。

为了描述的方便，描述以上装置时以功能分为各种模块分别描述。当然，在实施本申请时可以把各模块的功能在同一个或多个软件和/或硬件中实现。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于***实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

虽然通过实施例描绘了本申请，本领域普通技术人员知道，本申请有许多变形和变化而不脱离本申请的精神，希望所附的权利要求包括这些变形和变化而不脱离本申请的精神。

Claims (10)

1.一种微地震监测***，其特征在于，包括：相互连接的光纤传感装置和数据采集装置；

所述光纤传感装置包括光纤，所述光纤传感装置铺设于地面和/或井中，其用于传导所接收到的激光信号、接收地下震源发出的第一震动信号以及向所述数据采集装置发送来自所述光纤的反射激光信号；

所述数据采集装置用于将所接收的反射激光信号转化为第二地震信号，并对所转化的第二地震信号进行处理，进而确定出地下震源的强度和空间几何位置。

2.根据权利要求1所述的微地震监测***，其特征在于，所述数据采集装置包括：

接收单元，用于接收所有监测点处的所述反射激光信号；

对比单元，用于将所述接收单元接收的M个监测点处的反射激光信号与所述M个监测点处预设的反射激光信号进行对比，判断所述M个监测点处的反射激光信号是否发生变化，其中M为大于或等于3正整数；

选取单元，用于在所述对比单元判断出所述M个监测点处的反射激光信号发生变化时，选取发生变化的N个监测点处的反射激光信号，其中，3≤N≤M；

转化单元，用于将所述选取单元所选取的反射激光信号转化为第二震动信号；

处理单元，用于对所述转化单元所转化的第二震动信号进行处理，确定出所述地下震源的强度和空间几何位置。

3.根据权利要求1所述的微地震监测***，其特征在于，所述数据采集装置包括：

接收单元，用于接收所有监测点处的所述反射激光信号；

转化单元，用于将所述接收单元所接收的M个监测点处的所述反射激光信号转化为第二震动信号；

对比单元，用于将所述转化单元所转化的M个监测点处的第二震动信号与所述M个监测点处预设的震动信号进行对比，判断所述M个监测点处的第二震动信号是否发生变化；

选取单元，用于在所述对比单元判断出所述M个监测点处的第二震动信号发生变化时，选取发生变化的N个监测点处的第二震动信号；

处理单元，用于对所述选取单元所选取的第二震动信号进行处理，确定出所述地下震源的强度和空间几何位置。

4.根据权利要求2或3所述的微地震监测***，其特征在于，所述处理单元包括：

第一确定子单元，用于根据所述第二震动信号的能量，确定所述地下震源的强度；

计算子单元，用于根据所述第二震动信号中纵波和横波的接收时差，计算所述地下震源到所述N个监测点的最短直线距离；

第二确定子单元，用于利用所述计算子单元所计算出的最短直线距离以及所述N个监测点的位置坐标，确定所述地下震源的空间几何位置。

5.根据权利要求1所述的微地震监测***，其特征在于，所述数据采集装置还包括发射单元，所述发射单元用于向所述光纤传感装置发射激光信号。

6.根据权利要求1所述的微地震监测***，其特征在于，所述微地震监测***还包括发射装置，所述发射装置用于向所述光纤传感装置发射激光信号。

7.根据权利要求1-3,5或6所述的微地震监测***，其特征在于，所述光纤传感装置包括一个或多个分布式光纤震动传感缆或铠装光纤缆，所述分布式光纤震动传感缆中含有分布式声波传感光纤。

8.一种微地震监测***，其特征在于，包括：相互连接的光纤传感装置、数据采集装置以及数据处理装置；

所述光纤传感装置包括光纤，所述光纤传感装置铺设于地面和/或井中，其用于传导所接收到的激光信号、接收地下震源发出的第一震动信号以及向所述数据采集装置发送来自所述光纤的反射激光信号；

所述数据采集装置用于将所接收的反射激光信号发送给数据处理装置；

所述数据处理装置用于将所述数据采集装置发送的反射激光信号转化为第二地震信号，并对所转化的第二地震信号进行处理，确定出地下震源的强度和空间几何位置。

9.一种利用权利要求1或8所述的微地震监测***进行微地震监测的方法，其特征在于，包括：

传导所接收到的激光信号；

接收地下震源发出的第一震动信号；

向所述数据采集装置发送来自位于地面和/或井中的反射激光信号，以确定出地下震源的强度和空间几何位置。

10.一种利用权利要求1或8所述的微地震监测***进行微地震监测的方法，其特征在于，包括：

接收位于地面和/或井中的所述光纤传感装置所发送的反射激光信号，所述反射激光信号包括所述光纤接收到所述第一震动信号后所反射的第一反射激光信号；

将所述反射激光信号转化为第二震动信号；

对所述第二震动信号进行处理，确定出所述地下震源的强度和空间几何位置。