一种井中微地震事件的方位角测量方法、装置及存储介质与流程

1.本发明属于微地震监测技术领域，具体涉及一种井中微地震事件的方位角测量方法、装置及存储介质。


背景技术：

2.井中微地震监测广泛应用于非常规储层压裂改造效果的评价，事件方位角作为井中监测震源定位的关键信息，其准确度影响着震源位置以及后续压裂裂缝的准确描述；方位角的误差会导致震源位置在xy水平面上出现较大的偏差，误差较大时甚至会出现定位结果画弧现象，严重影响了压裂裂缝分布扩展规律的研究，因此，准确计算微地震事件的方位角对井中微地震监测技术的应用具有重要意义。
3.由于井下检波器在下放过程中水平分量的方位朝向随机，检波器的水平分量朝向方位需要通过已知位置的主动源事件(射孔、投球滑套或者导爆索信号)来校准，在假定初至波偏振方向和波传播方向一致的情况下，微地震事件的方位角通常是通过多级检波器水平分量方位校正后记录的偏振角度，结合观测系统分析得出，因此，偏振角度的校准精度影响着方位角的测量精度。
4.目前，用于偏振角度求取的方法包括极化分析方法、线性拟合方法和波形互相关方法；但是，在实际应用中，用于检波器水平分量方位校正的主动源事件的信噪比往往较低，初至波信号的质点振动轨迹不一定线性，按照上述传统方法进行偏振角求取可能存在较大的误差，且微地震事件内各级检波器记录的噪声水平不同，各级检波器的偏振分析结果也存在差异，因此，利用上述传统方法所求的偏振角存在很大的不确定性，从而导致方位角测量误差较大，准确度较低，不利于震源定位以及后续压裂裂缝的准确描述；因此，提供一种误差小，准确度高的方位角测量方法迫在眉睫。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种井中微地震事件的方位角测量方法、装置及存储介质，以解决现有的方位角求取方法所存在的误差较大以及准确度较低的问题。
6.为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
7.第一方面，本发明提供了一种井中微地震事件的方位角测量方法，包括：
8.获取井中各级检波器接收到的主动源事件的初至波以及各个微地震事件的初至波；
9.计算各级检波器接收到的主动源事件的初至波以及各个微地震事件的初至波的信噪比、极化度和偏振角度；
10.根据所述主动源事件的初至波的信噪比，确定出用于标定各级检波器水平分量朝向方位的参考检波器；
11.从所述各个微地震事件的初至波中，筛选出信噪比大于预设阈值的初至波，作为待标定初至波；
12.根据所述待标定初至波中每个待标定初至波的极化度和偏振角度，构建出每级检波器相对于所述参考检波器的方位标定角度概率密度函数；
13.利用每级检波器相对于所述参考检波器的方位标定角度概率密度函数，得出每级检波器相对于所述参考检波器的方位标定角度；
14.根据所述各个微地震事件的初至波的偏振角度和极化度，以及每级检波器相对于所述参考检波器的方位标定角度，构建出每个微地震事件的方位角计算概率密度函数；
15.利用每个微地震事件的方位角计算概率密度函数，得出每个微地震事件的方位角。
16.基于上述公开的内容，本发明先计算出各个主动源事件的初至波以及各个微地震事件的初至波的偏振特征参数(即信噪比、极化度以及偏振角度)；然后再利用信噪比来确定参考检波器，以及用于标定各级检波器水平分量朝向方位的微地震事件，即将信噪比高于预设阈值的微地震事件的初至波，作为待标定初至波；接着，联合参考检波器以及待标定初至波的偏振特征参数，来构建概率密度函数，从而得出每级检波器相对于参考检波器的方位标定角度；最后，再利用每级检波器相对于参考检波器的方位标定角度以及各个微地震事件的初至波的偏振特征参数，来构建待各个微地震事件的方位角计算概率密度函数，以便基于方位角计算概率密度函数，来得出每个微地震事件的方位角。
17.通过上述设计，本发明先根据信号的信噪比来筛选用于检波器水平分量方向校正的微地震事件以及参考检波器的选定，以便利用筛选出的事件对应的初至波的偏振特征参数来构建概率密度函数，接着，即可利用构建的概率密度函数来先计算出每级检波器相对于参考检波器的方位标定角度，最后即可基于每级检波器相对于参考检波器的方位标定角度，来得到各微地震事件的方位角；由此，本发明利用高信噪比事件记录的约束降低了检波器水平分量方位标定角度计算的不确定性，同时减小不同噪声水平的初至波偏振分析结果对方位角求取的影响，从而降低了计算误差，提高了微地震事件方位角计算的准确度。
18.在一个可能的设计中，计算各级检波器接收到的各个微地震事件的初至波的信噪比、极化度和偏振角度，包括：
19.对于任一级检波器接收到的任一个微地震事件的初至波，在该初至波中截取出预设周期的波形，作为任一级检波器接收到的任一个微地震事件的有效初至波；
20.使用如下公式计算所述有效初至波的信噪比；
[0021][0022]
上述式中，s表示所述有效初至波的信噪比，t表示任一级检波器接收到的任一个微地震事件的初至波的初至时间，n表示所述预设周期，i表示采样点数，x,y,z表示所述有效初至波在所述任一级检波器上的三个分量；
[0023]
利用所述有效初至波在所述任一级检波器上的水平分量，构建协方差矩阵，其中，所述水平分量为x分量和y分量；
[0024]
利用所述协方差矩阵，计算得出所述有效初至波的极化度以及偏振角度。
[0025]
在一个可能的设计中，利用所述协方差矩阵，计算得出所述有效初至波的极化度以及偏振角度，包括：
[0026]
计算所述协方差矩阵的特征值和特征向量；
[0027]
根据所述特征值得出所述有效初至波的极化度，以及根据所述特征向量得出所述有效初至波的偏振角度。
[0028]
在一个可能的设计中，根据所述待标定初至波中每个待标定初至波的极化度和偏振角度，构建出每级检波器相对于所述参考检波器的方位标定角度概率密度函数，包括：
[0029]
获取所述参考检波器的偏振角度，作为标定偏振角度；
[0030]
利用所述标定偏振角度、每个待标定初至波的极化度和偏振角度，构建出每级检波器接收到的每个待标定初至波的概率密度函数；
[0031]
求和每级检波器接收到的所有待标定初至波的概率密度函数，得到每级检波器相对于所述参考检波器的方位标定角度概率密度函数。
[0032]
基于上述公开的内容，本发明公开了方位标定角度概率密度函数的具体构建过程，即对于任一级检波器，先利用标定偏振角度、该任一级检波器接收到的每个待标定初至波的极化度和偏振角度，来构建出该任一级检波器接收到的每个待标定初至波的概率密度函数，最后，将每个待标定初至波的概率密度函数相加，即可得到该任一级检波器相对于参考检波器的方位标定角度概率密度函数。
[0033]
在一个可能的设计中，按照如下公式构建出每级检波器接收到的每个待标定初至波的概率密度函数；
[0034][0035]
上述式中，表示第j级检波器接收到的第k个待标定初至波的概率密度函数，θ1表示第j级检波器相对于所述参考检波器的方位标定角度，δα
j,k
＝α
j,k-α
l
，其中，a
j,k
表示第j级检波器接收到的第k个待标定初至波的偏振角度，α
l
表示所述标定偏振角度，γ表示加权系数，表示第j级检波器接收到的第k个待标定初至波的极化度， i0(κ1)表示0阶的bessel修正函数。
[0036]
在一个可能的设计中，根据所述各个微地震事件的初至波的偏振角度和极化度，以及每级检波器相对于所述参考检波器的方位标定角度，构建出每个微地震事件的方位角计算概率密度函数，包括：
[0037]
根据每级检波器相对于所述参考检波器的方位标定角度，得到每级检波器相对于标定方向的方位角调整角度，其中，所述标定方向是所述参考检波器与目标信号源连线的水平投影方向，且所述目标信号源为信噪比最大的主动源事件的初至波对应的信号源；
[0038]
根据每级检波器相对于标定方向的方位角调整角度，校正各级检波器接收到的每个微地震事件的初至波的偏振角度，得到每个微地震事件的初至波的校正偏振角度；
[0039]
对于任一微地震事件的初至波，利用所述任一微地震事件的初至波的校正偏振角度以及极化度，构建出接收到所述任一微地震事件的初至波的每级检波器的概率密度函数；
[0040]
求和每级检波器的概率密度函数，得到所述任一微地震事件的方位角计算概率密
度函数。
[0041]
基于上述公开的内容，本发明公开了方位角计算概率密度函数的具体构建过程，即对于任一微地震事件的初至波，先构建接收到该任一微地震事件的初至波的各级检波器的概率密度函数，最后，将各级检波器的概率密度函数求和，即可得到任一微地震事件的方位角计算概率密度函数。
[0042]
在一个可能的设计中，按照如下公式，构建出接收到所述任一微地震事件的初至波的每级检波器的概率密度函数；
[0043][0044]
上述式中，表示第j级检波器接收到第f个微地震事件的初至波的概率密度函数，θ2表示第f个微地震事件的方位角，θ
j,f
表示第j级检波器接收到的第f个微地震事件的初至波的校正偏振角度，其中，γ表示加权系数，表示第j级检波器接收到的第f个微地震事件的初至波的极化度，i0(κ2)表示0阶的bessel修正函数。
[0045]
第二方面，本发明提供了一种井中微地震事件的方位角测量装置，包括：
[0046]
获取单元，用于获取井中各级检波器接收到的主动源事件的初至波以及各个微地震事件的初至波；
[0047]
参数计算单元，用于计算各级检波器接收到的主动源事件的初至波以及各个微地震事件的初至波的信噪比、极化度和偏振角度；
[0048]
筛选单元，用于根据所述主动源事件的初至波的信噪比，确定出用于标定各级检波器水平分量朝向方位的参考检波器；
[0049]
筛选单元，还用于从所述各个微地震事件的初至波中，筛选出信噪比大于预设阈值的初至波，作为待标定初至波；
[0050]
函数构建单元，用于根据所述待标定初至波中每个待标定初至波的极化度和偏振角度，构建出每级检波器相对于所述参考检波器的方位标定角度概率密度函数；
[0051]
第一角度计算单元，用于利用每级检波器相对于所述参考检波器的方位标定角度概率密度函数，得出每级检波器相对于所述参考检波器的方位标定角度；
[0052]
函数构建单元，还用于根据所述各个微地震事件的初至波的偏振角度和极化度，以及每级检波器相对于所述参考检波器的方位标定角度，构建出每个微地震事件的方位角计算概率密度函数；
[0053]
第二角度计算单元，用于利用每个微地震事件的方位角计算概率密度函数，得出每个微地震事件的方位角。
[0054]
第三方面，本发明提供了另一种井中微地震事件的方位角测量装置，以装置为电子设备为例，包括依次通信相连的存储器、处理器和收发器，其中，所述存储器用于存储计算机程序，所述收发器用于收发消息，所述处理器用于读取所述计算机程序，执行如第一方面或第一方面中任意一种可能设计的所述井中微地震事件的方位角测量方法。
[0055]
第四方面，本发明提供了一种存储介质，所述存储介质上存储有指令，当所述指令在计算机上运行时，执行如第一方面或第一方面中任意一种可能设计的所述井中微地震事件的方位角测量方法。
[0056]
第五方面，本发明提供了一种包含指令的计算机程序产品，当所述指令在计算机上运行时，使所述计算机执行如第一方面或第一方面中任意一种可能设计的所述井中微地震事件的方位角测量方法。
附图说明
[0057]
图1为本发明提供的井中微地震事件的方位角测量系统的架构示意图；
[0058]
图2为本发明提供的井中微地震事件的方位角测量方法的步骤流程示意图；
[0059]
图3为本发明提供的一压裂井内微地震事件的观测系统的效果示意图；
[0060]
图4为本发明提供的每级检波器相对于参考检波器的方位标定角度概率密度函数的概率分布图；
[0061]
图5为本发明提供的传统方法得出的偏振角度，与本方法进行校正后得出的偏振角度的对比示意图；
[0062]
图6为本发明提供的传统方法和本方法得到的各个微地震事件的方位角的标准差的对比 示意图；
[0063]
图7为本发明提供的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
[0065]
下面结合附图及具体实施例来对本发明作进一步阐述。在此需要说明的是，对于这些实施例方式的说明虽然是用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。本文公开的特定结构和功能细节仅用于描述本发明的示例实施例。然而，可用很多备选的形式来体现本发明，并且不应当理解为本发明限制在本文阐述的实施例中。
[0066]
应当理解，尽管本文可能使用术语第一、第二等等来描述各种单元，但是这些单元不应当受到这些术语的限制。这些术语仅用于区分一个单元和另一个单元。例如可以将第一单元称作第二单元,并且类似地可以将第二单元称作第一单元，同时不脱离本发明的示例实施例的范围。
[0067]
应当理解，对于本文中可能出现的术语“和/或”，其仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，单独存在b，同时存在a和b三种情况；对于本文中可能出现的术语“/和”，其是描述另一种关联对象关系，表示可以存在两种关系，例如，a/和b，可以表示：单独存在a，单独存在a和b两种情况；另外，对于本文中可能出现的字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”关系。
[0068]
实施例
[0069]
参见图1所示，为本技术提供一种系统架构，其中，该系统包括测量终端以及多级检波器(为三分量检波器)，其中，多级检波器布置于与压裂井相邻的监测井中，以用于采集井中各个微地震事件的初至波(如压裂过程中岩石破裂引发的微地震信号)以及主动源事件的初至波，同时，每级检波器通信连接测量终端，以将采集的初至波传输至测量终端，而测量终端则使用本实施例所提供的方法，进行各个微地震事件方位角的测量；该系统先根据信号的信噪比来筛选出用于检波器水平分量方向校正的微地震事件以及选定参考检波器，以便利用筛选出的事件对应的初至波的偏振特征参数来构建概率密度函数，接着，即可利用构建的函数来计算出每级检波器相对于参考检波器的方位标定角度，最后，基于每级
检波器相对于参考检波器的方位标定角度，以及各个微地震事件的初至波的偏振特征参数，来构建出各个微地震事件的方位角计算概率密度函数，即可基于方位角计算概率密度函数来得出各个微地震事件的方位角；由此，本系统利用高信噪比事件记录的约束降低了检波器水平分量方位标定角度计算的不确定性，同时减小不同噪声水平的初至波偏振分析结果对方位角求取的影响，从而降低了计算误差，提高了微地震事件方位角计算的准确度。
[0070]
参见图2所示，本实施例第一方面所提供的井中微地震事件的方位角测量方法，可以但不限于在测量终端侧运行，其中，测量终端可以但不限于是个人电脑(personal computer， pc)、平板电脑、智能手机和/或个人数字助理(personal digital assistant，pda)等，可以理解的，前述执行主体并不构成对本技术实施例的限定，相应的，本方法的运行步骤如下述步骤s1～s8所示。
[0071]
s1.获取井中各级检波器接收到的主动源事件的初至波以及各个微地震事件的初至波；具体应用时，初至波的获取方法可以但不限于采用手动拾取方法、长短时窗能量比方法、偏振分析方法或时频分析方法等，前述方法均是初至波拾取领域中的常用方法，其原理不再赘述；同时，主动源事件为已知位置的信号源发出的信号，可以但不限于是射孔，导爆索或者投球滑套信号；可选的，主动源事件与井中环境噪声信号的识别可以但不限于利用振幅、频率成分、偏振和/或统计特征为依据进行区分，具体区分方法在此不作限定，可根据实际应用而设定。
[0072]
在本实施例中，初至波为：检波器最先接收到的纵波；同时，微地震事件指的是未知位置信号源(即震源)发出的信号，而本实施例则是要计算各个未知位置信号源的方位角。
[0073]
在得到主动源事件对应的初至波以及各个微地震事件的初至波后，即可进行各个初至波偏振特征参数(即信噪比、极化度以及偏振角度)的获取，其获取过程如下述步骤s2所示。
[0074]
s2.计算各级检波器接收到的主动源事件的初至波以及各个微地震事件的初至波的信噪比、极化度和偏振角度；具体应用时，可以但不限于通过在各个初至波上截取预设周期的波形，来进行偏振特征参数的计算。
[0075]
由于各级检波器接收到每个初至波的偏振特征参数的计算过程相同，下述以任一级检波器接收到的任一个微地震事件的初至波为例，来具体阐述偏振特征参数的计算过程，如下述步骤s21～s24所示。
[0076]
s21.对于任一级检波器接收到的任一个微地震事件的初至波，在该初至波中截取出预设周期的波形，作为任一级检波器接收到的任一个微地震事件的有效初至波；具体应用时，该预设周期可以但不限于为有效信号波形的一个周期长度。
[0077]
s22.使用如下公式计算所述有效初至波的信噪比；
[0078][0079]
上述式中，s表示所述有效初至波的信噪比，t表示任一级检波器接收到的任一个微地震事件的初至波的初至时间，n表示所述预设周期，i表示采样点数，x,y,z表示所述有
效初至波在所述任一级检波器上的三个分量。
[0080]
下述以一个实例来阐述前述步骤s22：
[0081]
假设有2级检波器，分别为第一级检波器a1和第二级检波器a2，共计有两个微地震事件，分别为第一个微地震事件以及第二个微地震事件，那么，第一级检波器a1则会接收到第一个微地震事件对应的初至波以及第二个微地震事件的初至波，同理，第二级检波器a2 也会接收到第一个微地震事件对应的初至波以及第二个微地震事件的初至波，因此，步骤s2 中相当于接收到4个初至波即对应有4个信噪比，分别为：第一级检波器a1接收到的第一个微地震事件的初至波的信噪比，第一级检波器接收到的第二个微地震事件的初至波的信噪比，第二级检波器a2接收到的第一个微地震事件的初至波的信噪比，第二级检波器a2接收到的第二个微地震事件的初至波的信噪比。
[0082]
对于第一个微地震事件，其初至波在第一级检波器a1上的信噪比的计算过程为，在第一级检波器a1接收到的第一个微地震事件的初至波中，截取出一预设周期的波形，作为第一级检波器a1接收到的第一个微地震事件的有效初至波；然后使用前述式(1)来计算出第一级检波器a1接收到的第一个微地震事件的初至波的信噪比；当然，第二级检波器a接收到的第一个微地震事件的初至波的信噪比的计算原理，以及其余微地震事件在各级检波器上的信噪比的计算原理与前述举例相同，于此不再赘述。
[0083]
同理，对于任一级检波器接收到的任一个微地震事件的初至波的极化度以及偏振角度的计算，则是基于该任一个微地震事件的初至波在任一级检波器上的有效初至波的水平分量得出，其具体计算过程如下述步骤s23和步骤s24所示。
[0084]
s23.利用所述有效初至波在所述任一级检波器上的水平分量，构建协方差矩阵，其中，所述水平分量为x分量和y分量；具体的，构建的协方差矩阵如下所示：
[0085][0086]
在得到协方差矩阵后，即可利用协方差矩阵得到任一级检波器接收到的任一个微地震事件的初至波的极化度以及偏振角度，如下述步骤s24所示。
[0087]
s24.利用所述协方差矩阵，计算得出所述有效初至波的极化度以及偏振角度；具体的，可以但不限于通过计算出协方差矩阵的特征向量以及特征值，来得出任一级检波器接收到的任一个微地震事件的初至波的极化度以及偏振角度，其计算过程如下述步骤s241和步骤s242 所示。
[0088]
s241.计算所述协方差矩阵的特征值和特征向量。
[0089]
s242.根据所述特征值得出所述有效初至波的极化度，以及根据所述特征向量得出所述有效初至波的偏振角度。
[0090]
可选的，可以但不限于使用如下公式来表征极化度以及偏振角度：
[0091][0092]
上述式(3)中，η表示极化度，λ1和λ2分别表示协方差矩阵的特征值(λ1》λ2)，其中，η
的取值范围为[0.1]，且η为1时，表示线性偏振，η为0时，表示圆偏振。
[0093][0094]
上述式(4)中，α表示偏振角度，uy和u
x
分别表示特征值λ1对应的特征向量。
[0095]
同理，还是在前述基础上，进行举例，以阐述步骤s23和步骤s24。
[0096]
对于第一级检波器a1接收到的第一个微地震事件的初至波的极化度以及偏振角度：首先利用该第一级检波器a1接收到的第一个微地震事件的有效初至波的水平分量，来构建协方差矩阵，然后，求解出协方差矩阵的特征值以及特征向量，最后，即可利用前述式(3) 和式(4)来得出第一级检波器a1接收到的第一个微地震事件的初至波的极化度以及偏振角度。
[0097]
在得到各级检波器接收到的主动源事件的初至波以及各个微地震事件的初至波的偏振特征参数后，即可进行高信噪比的约束，即利用信噪比确定出用于检波器水平分量方向校正的微地震事件，以及进行参考检波器的选定，其确定过程如下述步骤s3和步骤s4所示。
[0098]
s3.根据所述主动源事件的初至波的信噪比，确定出用于标定各级检波器水平分量朝向方位的参考检波器；具体应用时，可以但不限于在各级检波器接收到的主动源事件的初至波中，选择信噪比最大的主动源事件的初至波对应的检波器作为参考检波器。
[0099]
同时，在得到各级检波器接收到的各个微地震事件的初至波的信噪比后，即可进行微地震事件的筛选，如下述步骤s4所示。
[0100]
s4.从所述各个微地震事件的初至波中，筛选出信噪比大于预设阈值的初至波，作为待标定初至波；具体应用时，通过对信噪比值的筛选，相当于利用信噪比的约束来降低方位角计算的不确定性，从而提高测量精度；可选的，预设阈值预设至测量终端中。
[0101]
在得到参考检波器以及高信噪比的微地震事件的初至波(即待标定初至波)后，即可进行方位角的计算，在本实施例中，是先通过待标定初至波的偏振特征参数来构建每级检波器相对于参考检波器的概率密度函数，从而得出每级检波器相对于参考检波器的方位标定角度，然后基于每级检波器相对于参考检波器的方位标定角度，以及各级检波器接收到的各个微地震事件的初至波的偏振特征参数，来构建每个微地震事件的方位角计算概率密度函数，最后，即可基于每个微地震事件的方位角计算概率密度函数来得出各个微地震事件的方位角，其中，两次概率密度函数的构建过程如下述步骤s5～s8所示。
[0102]
s5.根据所述待标定初至波中每个待标定初至波的极化度和偏振角度，构建出每级检波器相对于所述参考检波器的方位标定角度概率密度函数；具体的，方位标定角度概率密度函数的构建过程如下述步骤s51～s53所示。
[0103]
s51.获取所述参考检波器的偏振角度，作为标定偏振角度；具体应用时，参考检波器的偏振角度指的是：信噪比最大的主动源事件的初至波对应的偏振角度，其计算过程可参见前述步骤s2及其子步骤，于此不再赘述。
[0104]
具体应用时，本实施例是利用标定偏振角度以及每个待标定初至波的极化度和偏振角度，来构建出每级检波器接收到的每个待标定初至波的概率密度函数，以便基于每个待标定初至波的概率密度函数，来得出每级检波器相对于所述参考检波器的方位标定角度概率密度函数，其中，构建过程如下述步骤s52所示。
[0105]
s52.利用所述标定偏振角度、每个待标定初至波的极化度和偏振角度，构建出每级检波器接收到的每个待标定初至波的概率密度函数；具体应用时，可以但不限于使用如下公式进行概率密度函数的构建：
[0106][0107]
上述式中，表示第j级检波器接收到的第k个待标定初至波的概率密度函数，θ1表示第j级检波器相对于所述参考检波器的方位标定角度，δα
j,k
＝α
j,k-α
l
，其中，a
j,k
表示第j级检波器接收到的第k个待标定初至波的偏振角度，α
l
表示所述标定偏振角度，γ表示加权系数，表示第j级检波器接收到的第k个待标定初至波的极化度， i0(κ1)表示0阶的bessel修正函数。
[0108]
下述还是在前述举例的基础上，进行步骤s52原理的阐述：
[0109]
假设前述第一个微地震事件的初至波和第二个微地震事件的初至波的信噪比均大于预设阈值，且将前述两个待标定初至波初至波编号为第一个待标定初至波(其对应第一个微地震事件的初至波)和第二个待标定初至波(对应第二个微地震事件的初至波)；那么，对于第一级检波器a1，其对应的待标定初至波为：第一个待标定初至波以及第二个待标定初至波，那么，则将标定偏振角度、第一级检波器a1接收到的第一个待标定初至波的偏振角度以及极化度，代入前述式(5)中，即可得出第一级检波器a1接收到的第一个待标定初至波的概率密度函数，因此，前述式(5)则变为：
[0110][0111]
当然，第一级检波器a1接收到的第二个待标定初至波的概率密度函数与前述举例原理相同，其对应的概率密度函数为：
[0112][0113]
同理，其余各级检波器接收各个待标定初至波的概率密度函数的构建过程与前述举例原理相同，于此不再赘述。
[0114]
在得到每级检波器接收到的每个待标定初至波的概率密度函数后，将各级检波器接收到的各个待标定初至波的概率密度函数相加，即可得到每级检波器相对于所述参考检波器的方位标定角度概率密度函数，如下述步骤s53所示。
[0115]
s53.求和每级检波器接收到的所有待标定初至波的概率密度函数，得到每级检波器相对于所述参考检波器的方位标定角度概率密度函数。
[0116]
还是在前述举例的基础上进行阐述：
[0117]
其中，第一级检波器a1相对于参考检波器的方位标定角度概率密度函数则为：
[0118]
γ1(θ1)＝p
11
(θ1|δα
1,1
,κ1) p
12
(θ1|δα
1,2
,κ1)
[0119]
上述式中，γ1(θ1)表示方位标定角度概率密度函数。
[0120]
下述以一个公式来总结前述步骤s53：
[0121]
第j级检波器相对于参考检波器的方位标定角度概率密度函数γj(θ1)为：
[0122][0123]
上述式中，f表示第j级检波器接收到的待标定初至波的总个数。
[0124]
在使用公式(6)得到每级检波器相对于参考检波器的方位标定角度概率密度函数后，即可利用该方位标定角度概率密度函数，计算出每级检波器相对于所述参考检波器的方位标定角度，如下述步骤s6所示。
[0125]
s6.利用每级检波器相对于所述参考检波器的方位标定角度概率密度函数，得出每级检波器相对于所述参考检波器的方位标定角度；具体的，对于每级检波器的方位标定角度概率密度函数，该方位标定角度概率密度函数的最大值所对应的角度，则为该级检波器相对于参考检波器的方位标定角度。
[0126]
在得到每级检波器相对于参考检波器的方位标定角度后，即可基于每级检波器相对于参考检波器的方位标定角度，以及各个微地震事件的初至波的偏振特征参数，来构建出各个微地震事件的方位角计算概率密度函数，以便基于该方位角计算概率密度函数，计算出各个微地震事件的方位角，其中，函数构建过程如下述步骤s7所示。
[0127]
s7.根据所述各个微地震事件的初至波的偏振角度和极化度，以及每级检波器相对于所述参考检波器的方位标定角度，构建出每个微地震事件的方位角计算概率密度函数；具体的，举例步骤s7可以但不限于包括如下步骤s71～s74。
[0128]
s71.根据每级检波器相对于所述参考检波器的方位标定角度，得到每级检波器相对于标定方向的方位角调整角度，其中，所述标定方向是所述参考检波器与目标信号源连线的水平投影方向，且所述目标信号源为信噪比最大的主动源事件的初至波对应的信号源；具体的，可使用如下公式来计算每级检波器相对于标定方向的方位角调整角度：
[0129]
βj＝δα
′
j-α
l
(7)
[0130]
上述式(7)中，βj表示第j级检波器相对于标定方向的方位角调整角度，δαj′
表示j级检波器相对于参考检波器的方位标定角度。
[0131]
由此，根据前述式(7)，即可计算出每级检波器相对于标定方向的方位角调整角度。
[0132]
在得到每级检波器相对于标定方向的方位角调整角度后，即可对各级检波器接收到的各个微地震事件的初至波的偏振角度进行校正，以得出校正偏振角度，如下述步骤s72所示。
[0133]
s72.根据每级检波器相对于标定方向的方位角调整角度，校正各级检波器接收到的每个微地震事件的初至波的偏振角度，得到每个微地震事件的初至波的校正偏振角度；具体的，可使用如下校正公式得出校正偏振角度：
[0134]
θ
j,f
＝α
j,f
βj(8)
[0135]
上述式中，θ
j,f
表示第j级检波器接收到的第f个微地震事件的初至波的校正偏振角度，a
j,f
表示第j级检波器接收到的第f个微地震事件的初至波的偏振角度。
[0136]
在得到各级检波器接收到的各个微地震事件的初至波的校正偏振角度后，即可联合各个微地震事件的初至波的偏振特征参数，来构建出针对检波器的概率密度函数，即一个微地震事件的初至波，会被各级检波器接收到，因此，对于任一个微地震事件的方位角计算概率密度函数，需要构建出接收到该任一微地震事件的初至波的各级检波器的概率密度
函数，然后进行求和，其中，函数的构建过程如下述步骤s73所示。
[0137]
s73.对于任一微地震事件的初至波，利用所述任一微地震事件的初至波的校正偏振角度以及极化度，构建出接收到所述任一微地震事件的初至波的每级检波器的概率密度函数；具体应用时，可以但不限于使用如下公式进行函数的构建：
[0138][0139]
上述式中，表示第j级检波器接收到第f个微地震事件的初至波的概率密度函数，θ2表示第f个微地震事件的方位角，θ
j,f
表示第j级检波器接收到的第f个微地震事件的初至波的校正偏振角度，其中，γ表示加权系数，表示第j级检波器接收到的第f个微地震事件的初至波的极化度，i0(κ2)表示0阶的bessel修正函数。
[0140]
在得到接收到任一微地震事件的初至波的每级检波器的概率密度函数后，求和每级检波器的概率密度函数，即可得到任一微地震事件的方位角计算概率密度函数，如下述步骤s74 所示。
[0141]
s74.求和每级检波器的概率密度函数，得到所述任一微地震事件的方位角计算概率密度函数。
[0142]
下述还是以一个实例来阐述前述步骤s73和步骤s74：
[0143]
对于第一个微地震事件的初至波，其会被第一级检波器a1和第二级检波器a2接收，那么，则需要利用前述式(9)构建出第一级检波器a1的概率密度函数，以及第二级检波器a2 的概率密度函数，最后，二者相加，则可得到第一个微地震事件的方位角计算概率密度函数。
[0144]
可选的，还是以一个公式来总结前述步骤s74：
[0145][0146]
上述式中，γf(θ2)表示第f个微地震事件的方位角计算概率密度函数，v表示接收到第f 个微地震事件的初至波的检波器的总个数，表示第j级检波器接收到第f个微地震事件的初至波的概率密度函数。
[0147]
在得到每个微地震事件的方位角计算概率密度函数后，即可利用对应的方位角计算概率密度函数得出方位角，如下述步骤s8所示。
[0148]
s8.利用每个微地震事件的方位角计算概率密度函数，得出每个微地震事件的方位角；具体应用时，对于每个微地震事件的方位角计算概率密度函数，该方位角计算概率密度函数的最大值所对应的角度，则为该待微地震事件的方位角。
[0149]
另外，参见图3～6所示，下述给出利用本实施例所提供的方法进行方位角计算的具体实例，其中，图3给出的是压裂井内微地震事件的观测系统的效果示意图，具体的，图3(a) 为观测系统的立体图，图3(b)为观测系统的俯视图，从该实施例监测数据中共计识别出 521个微地震事件，对于图3中所采集的512个微地震事件的初至波，对每个初至波，截取出预设时长为20ms的波形，作为各个初至波的有效波形，然后使用前述公式(1)、(2)、(3) 和(4)计算出各级检波器接收到的各个初至波的信噪比、极化度以及偏振角度。
[0150]
接着，选取出信噪比大于15的微地震事件的初至波，作为待标定初至波，然后利用公式(5)和(6)计算出每级检波器相对于参考检波器的方位标定角度，其对应的方位标定角度概率密度函数的分布图如图4所示。
[0151]
然后，使用公式(7)和公式(8)校正各级检波器接收到的每个微地震事件的初至波的偏振角度，得到每个微地震事件的初至波的校正偏振角度，其中，图5(a)为传统方法得到的偏振角度，而图5(b)为使用本实施例所提供的方法得到后校正偏振角度，从两幅图中可看出，本发明方法所得偏振角更为集中，表明了检波器方位标定误差的减小。
[0152]
最后，利用公式(9)和公式(10)，构建出每个微地震事件的方位角计算概率密度函数，并进行事件方位角的计算；参见图6所示，图6为传统方法和本方法得到的各个微地震事件的方位角的标准差对比示意图，从图6中可明显看出，经过本发明方法处理后各个事件的方位角标准差下降，说明事件的方位角求取不确定下降。
[0153]
由此，通过前述步骤s1～s8所详细描述的井中微地震事件的方位角测量方法，本发明先根据信号的信噪比来筛选出用于检波器水平分量方向校正的微地震事件以及选定参考检波器，以便利用筛选出的事件对应的初至波的偏振特征参数来构建概率密度函数；接着，即可使用构建的函数计算出每级检波器相对于参考检波器的方位标定角度，最后，基于每级检波器相对于参考检波器的方位标定角度，构建出各个微地震事件的方位角计算概率密度函数，即可得到各微地震事件的方位角；由此，降低了干扰噪声对各微地震事件对应初至波偏振分析的影响，且利用高信噪比的约束降低了方位角计算的不确定性，从而提高了方位角计算的准确度。
[0154]
如图7所示，本实施例第二方面提供了一种实现实施例第一方面中所述的井中微地震事件的方位角测量方法的硬件装置，包括：
[0155]
获取单元，用于获取井中各级检波器接收到的主动源事件的初至波以及各个微地震事件的初至波。
[0156]
参数计算单元，用于计算各级检波器接收到的主动源事件的初至波以及各个微地震事件的初至波的信噪比、极化度和偏振角度。
[0157]
筛选单元，用于根据所述主动源事件的初至波的信噪比，确定出用于标定各级检波器水平分量朝向方位的参考检波器。
[0158]
筛选单元，还用于从所述各个微地震事件的初至波中，筛选出信噪比大于预设阈值的初至波，作为待标定初至波。
[0159]
函数构建单元，用于根据所述待标定初至波中每个待标定初至波的极化度和偏振角度，构建出每级检波器相对于所述参考检波器的方位标定角度概率密度函数。
[0160]
第一角度计算单元，用于利用每级检波器相对于所述参考检波器的方位标定角度概率密度函数，得出每级检波器相对于所述参考检波器的方位标定角度。
[0161]
函数构建单元，还用于根据所述各个微地震事件的初至波的偏振角度和极化度，以及每级检波器相对于所述参考检波器的方位标定角度，构建出每个微地震事件的方位角计算概率密度函数。
[0162]
第二角度计算单元，用于利用每个微地震事件的方位角计算概率密度函数，得出每个微地震事件的方位角。
[0163]
本实施例提供的硬件装置的工作过程、工作细节和技术效果，可以参见实施例第
一方面，于此不再赘述。
[0164]
如图8所示，本实施例第三方面提供了另一种井中微地震事件的方位角测量装置，以装置为电子设备为例，包括：依次通信相连的存储器、处理器和收发器，其中，所述存储器用于存储计算机程序，所述收发器用于收发消息，所述处理器用于读取所述计算机程序，执行如实施例第一方面所述的井中微地震事件的方位角测量方法。
[0165]
具体举例的，所述存储器可以但不限于包括随机存取存储器(random access memory， ram)、只读存储器(read only memory，rom)、闪存(flash memory)、先进先出存储器(firstinput first output，fifo)和/或先进后出存储器(first in last out，filo)等等；具体地，处理器可以包括一个或多个处理核心，比如4核心处理器、8核心处理器等。处理器可以采用dsp(digital signal processing，数字信号处理)、fpga(field－programmable gatearray，现场可编程门阵列)、pla(programmable logic array，可编程逻辑阵列)中的至少一种硬件形式来实现；同时，处理器也可以包括主处理器和协处理器，主处理器是用于对在唤醒状态下的数据进行处理的处理器，也称cpu(central processing unit，中央处理器)；协处理器是用于对在待机状态下的数据进行处理的低功耗处理器。
[0166]
在一些实施例中，处理器可以在集成有gpu(graphics processing unit，图像处理器)， gpu用于负责显示屏所需要显示的内容的渲染和绘制，例如，所述处理器可以不限于采用型号为stm32f105系列的微处理器、精简指令集计算机(reduced instruction setcomputer,risc)微处理器、x86等架构处理器或集成嵌入式神经网络处理器(neural-networkprocessing units，npu)的处理器；所述收发器可以但不限于为无线保真(wifi)无线收发器、蓝牙无线收发器、通用分组无线服务技术(general packet radio service，gprs) 无线收发器、紫蜂协议(基于ieee802.15.4标准的低功耗局域网协议，zigbee)无线收发器、3g收发器、4g收发器和/或5g收发器等。此外，所述装置还可以但不限于包括有电源模块、显示屏和其它必要的部件。
[0167]
本实施例提供的电子设备的工作过程、工作细节和技术效果，可以参见实施例第一方面，于此不再赘述。
[0168]
本实施例第四方面提供了一种存储包含有实施例第一方面所述的井中微地震事件的方位角测量方法的指令的存储介质，即所述存储介质上存储有指令，当所述指令在计算机上运行时，执行如第一方面所述的井中微地震事件的方位角测量方法。
[0169]
其中，所述存储介质是指存储数据的载体，可以但不限于包括软盘、光盘、硬盘、闪存、优盘和/或记忆棒(memory stick)等，所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。
[0170]
本实施例提供的存储介质的工作过程、工作细节和技术效果，可以参见实施例第一方面，于此不再赘述。
[0171]
本实施例第五方面提供了一种包含指令的计算机程序产品，当所述指令在计算机上运行时，使所述计算机执行如实施例第一方面所述的井中微地震事件的方位角测量方法，其中，所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。
[0172]
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。