微地震裂缝监测技术
微震监测方法与技术
引言
C – SeisPTTM微地震监测解释软件 声发事件的探测 声发事件的分析 微地震的定位 压裂裂缝绘制
左图:模拟无裂缝的均匀介质中P波和S波的传播.(图中小圆圈为接收点,星号为震 源-小裂缝) 右图:模拟有裂缝时的波传播情况( a. 40毫秒时 b. 75毫秒时. P波和S波的速度从 外部岩石向裂缝内部明显下降)
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5、反演定位方法研究
R为实测到时与初始参数计算到时之差，是已知 量；a，b，c为时距函数在初始点的偏微分，也是已知 量；e是二次以上的高截误差；σx、σy 、σz 、是待 求的震源参数修正量。下一步利用最小二乘原理，令e 的平方和最小化，从而建立下列线性方程组：
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引言
随后，1976年美国著名国家实验室桑地亚国家 实验室在Wattenberg油田做了大量工作，试验用地 面地震观测方式记录水力压裂诱发微震。试验结果 表明，由于水力压裂诱发微震的能量，频率等特点， 以及地层吸收因素等，在地面是不能可靠检测到的， 因而也就不能用地面观测的方法确定水力裂缝方位 和几何形状，而是应该在靠近这种裂缝附近记录诱 发微震。
裂缝监测实施细则
裂缝监测实施细则一、引言裂缝监测是对建造物、土木工程或者地质构造中浮现的裂缝进行定量监测和分析的一项重要工作。
通过裂缝监测，可以及时发现裂缝的变化情况，评估结构的稳定性和安全性，并采取相应的维修和加固措施，以确保建造物或者工程的正常运行和使用。
本文旨在制定裂缝监测实施细则，明确监测的目的、方法、频率以及数据处理与分析等内容。
二、监测目的1. 确定裂缝的产生原因：通过监测裂缝的变化情况，分析裂缝的形成原因，如地震、地质运动、结构变形等。
2. 评估结构的稳定性：监测裂缝的变化情况，判断结构的稳定性和安全性，提前发现潜在的安全隐患。
3. 制定维修和加固措施：根据裂缝监测数据，制定相应的维修和加固措施，保证建造物或者工程的正常使用。
三、监测方法1. 观测法：通过目视观测和测量裂缝的长度、宽度、走向等参数，记录裂缝的变化情况。
2. 激光扫描法：利用激光扫描仪对裂缝进行三维扫描，获取裂缝的几何形态和变化情况。
3. 光纤传感器法：通过在裂缝附近布设光纤传感器，实时监测裂缝的变化情况，并将数据传输到监测中心进行分析和处理。
四、监测频率1. 常规监测：对于普通建造物或者工程，应每年进行一次常规监测，记录裂缝的变化情况。
2. 特殊情况监测：对于地震活跃区域、高风险工程或者已发生重大变形的建造物，应增加监测频率，根据具体情况确定监测时间间隔。
五、数据处理与分析1. 数据采集：监测数据应按照规定的频率进行采集和记录，确保数据的准确性和完整性。
2. 数据处理：对采集到的监测数据进行处理，包括数据校正、异常数据的排除等，确保数据的可靠性。
3. 数据分析：通过对处理后的监测数据进行分析，判断裂缝的变化趋势和速率，评估结构的稳定性和安全性。
4. 报告编制：根据监测结果，编制监测报告，包括裂缝监测数据的总结、分析结果的解读以及建议的维修和加固措施。
六、监测记录与存档1. 监测记录：监测过程中需详细记录监测时间、地点、监测方法、监测人员等信息，确保监测过程的可追溯性。
裂缝监测实施细则
裂缝监测实施细则一、背景介绍裂缝是指岩石、土壤或建筑物等物体表面出现的线状或面状的裂缝，是地质灾害中常见的一种形式。
裂缝的形成可能是由于地壳运动、地震、地下水位变化、地质构造活动等原因引起的。
为了及时掌握裂缝的变化情况，采取裂缝监测是非常必要的。
二、监测目的裂缝监测的目的是为了及时掌握裂缝的变化情况，判断其稳定性，并根据监测数据进行合理的防治措施。
三、监测方法1. 传统测量法：采用传统的测量仪器，如经纬仪、水准仪等，通过测量裂缝的长度、宽度、深度等参数，来判断裂缝的变化情况。
2. 光电测量法：采用光电测量仪器，通过测量裂缝两侧的光电信号变化，来判断裂缝的变化情况。
3. 形变监测法：采用形变传感器，如应变计、位移传感器等，通过测量裂缝周围的形变情况，来判断裂缝的变化情况。
四、监测频率1. 常规监测：根据裂缝的稳定性和重要性，定期进行监测，一般为每年一次或每季度一次。
2. 临时监测：对于新出现的裂缝或发生重大地质灾害的区域，应及时进行临时监测，以确保及时采取防治措施。
五、监测数据处理与分析1. 数据采集：监测数据应按照事先确定的监测方法进行采集，确保数据的准确性和可靠性。
2. 数据处理：对采集到的监测数据进行整理、筛选和校正，排除异常值和误差，得到可靠的监测数据。
3. 数据分析：根据监测数据的变化趋势和规律，进行数据分析，判断裂缝的稳定性和变化趋势。
六、监测报告1. 监测报告应包括监测的目的、方法、频率、数据处理与分析结果等内容。
2. 监测报告应及时提交给相关部门和单位，供其参考和决策使用。
七、监测责任1. 监测责任单位应具备相应的监测设备和技术人员，保证监测的准确性和可靠性。
2. 监测责任单位应定期对监测设备进行维护和检修，确保设备的正常运行。
以上为裂缝监测实施细则的详细内容，希望对您有所帮助。
如有任何疑问或需要进一步了解，请随时与我们联系。
压裂监测技术简介1
•
微地震来自地下介质质点的位移，只要 质点间发生相对移动，就会出现微地震。 微地震发生不仅是破裂过程。微地震信号 强度对我们的仪器水平提出要求，达不到 要求就记不到微地震。
2.微地震发生与强度
• 用微地震波确定油田压裂裂缝走向、形态， 有三个基本假定：(1)裂缝扩展是间歇的、 脉冲式的，可以形成众多的、分立的、分 布在裂缝面上的微震震源。(2)这些微震震 源的定位结果，这些震源的排列趋势可以 反映裂缝的走向、长度和高度。(3)压裂裂 缝优先沿着破裂强度最低的方向。
5.先进的微地震信号识别、定位技术正演网格搜索信号识别、定位技术
把被监测空间切 分成三维网格， 把每个网格节点 模拟为震源，进 行时间偏移、叠 加。叠加后波形 清晰、可见的节 点为震源点。
图8.正演网格搜索识别、定位技术示意图
（1）.技术关键
• 用速度模型计算出各节点至各台站的走时 及彼此间的走时差。 • 用时间偏移对齐来自某一指定节点的地震 信号；叠加这些信号，寻找经叠加信号明 显增强的那些节点，该节点即为震源。 • 网格节点依据压裂控制区设计，来自节点 的的地下信号是压裂形成的微地震。
图1.油田微地震强度、频度示意图
Frequency of Occurrence, log10
2
micro-earthquakes micro-seismicity earthquakes
0
-4
-3
-2
-1
ML
0
1
2பைடு நூலகம்
3
2.记到微地震-微地震信号强度
•
• 发展质量更高的监测系统是微地震技术发展 的必然趋势。记不到微地震，一切分析技术均没 有用武之地。 油田水力压裂形成的微地震分布在-1至-5级， 地下微地震信号的强度可以由下式估计，依据古 登堡的体波震级理论【3】： (3) M lg 3 A。 +Q( H , r ) 可以估算测点微地震幅度： =0.72*10-4 (4) 式中，单位是微米。
裂缝监测实施细则
裂缝监测实施细则一、背景介绍裂缝是指岩石、土壤、混凝土等材料表面或内部出现的线状或面状的破坏性断裂。
裂缝的产生与地质构造活动、地下水位变化、地震等因素密切相关。
裂缝的发展可能会导致建筑物的结构损坏，对人员和财产安全造成威胁。
因此，裂缝监测的实施非常重要。
二、监测目的裂缝监测的目的是及时了解裂缝的变化情况，为采取相应的维护和修复措施提供科学依据。
具体目的包括：1. 监测裂缝的长度、宽度和扩展趋势，了解裂缝的变化情况；2. 分析裂缝的形态特征，判断裂缝的发展趋势，预测可能出现的风险；3. 监测裂缝周围的地表沉降情况，评估地基的稳定性。
三、监测方法裂缝监测可以采用多种方法，包括：1. 视觉监测：通过肉眼观察裂缝的形态特征，记录裂缝的长度、宽度等参数；2. 测量监测：使用测量仪器（如裂缝计、测距仪等）对裂缝进行精确测量，获取更准确的数据；3. 影像监测：利用遥感技术、摄影测量等方法获取裂缝的影像数据，进行分析和比对。
四、监测频率裂缝监测的频率应根据具体情况而定，一般可分为常规监测和特殊监测。
1. 常规监测：对于裂缝变化缓慢、风险较低的情况，可采用每月或每季度进行一次监测；2. 特殊监测：对于裂缝变化较快、风险较高的情况，应采用每周或每日进行监测，以便及时发现异常情况。
五、监测数据处理与分析监测数据的处理与分析是裂缝监测的重要环节，可以采用以下方法：1. 数据录入：将监测数据按照时间顺序录入监测数据库，确保数据的准确性和完整性；2. 数据分析：对监测数据进行统计和分析，计算裂缝的变化速率、趋势等参数，判断裂缝的发展情况；3. 风险评估：根据监测数据和分析结果，评估裂缝对建筑物和周围环境的风险程度，制定相应的维护措施。
六、监测报告编制监测报告是裂缝监测的重要成果，应包括以下内容：1. 监测概况：对监测区域的背景、监测目的和方法进行介绍；2. 监测数据：将监测数据按照时间顺序进行展示，包括裂缝的长度、宽度、变化趋势等参数；3. 数据分析：对监测数据进行统计和分析，给出裂缝的发展趋势和风险评估结果；4. 建议措施：根据监测结果，提出相应的维护和修复措施，保障建筑物和人员的安全；5. 结论与展望：总结监测结果，展望下一阶段的监测工作。
裂缝监测方案
裂缝监测方案裂缝是建筑结构中常见的问题，特别是在地震频发地区。
及早发现和监测裂缝的变化对于预防建筑安全事故具有重要意义。
本文将介绍一种裂缝监测方案，以帮助工程师和建筑师在日常监测中提供有效的解决方案。
1. 概述裂缝监测的重要性建筑结构中的裂缝是结构可能存在问题的早期信号。
通过及时发现和监测裂缝的变化，可以避免潜在的安全隐患，并采取相应的措施来修复和加固建筑结构。
2. 使用传感器技术进行裂缝监测传感器技术是一种广泛应用于裂缝监测的方法。
传感器可以安装在建筑结构的关键部位，通过感知和记录裂缝的形成和变化来提供实时数据。
例如，应力传感器可以测量裂缝周围的应变，而倾斜传感器可以检测结构的倾斜程度。
3. 无线传输数据为了方便地获取裂缝监测数据，将传感器与无线通信技术相结合是一个可行的选择。
通过使用无线传感器网络，监测数据可以实时传输到数据采集系统，工程师和建筑师可以远程获取重要的监测数据并作出相应的决策。
4. 数据分析和预警系统对裂缝监测数据进行有效的分析和处理是一个关键问题。
借助数据分析算法和人工智能技术，可以实现对裂缝监测数据的实时分析，以便快速识别潜在的安全风险并及时采取措施。
5. 采取措施修复和加固裂缝监测不仅仅是为了获取数据，更重要的是采取相应的措施来修复和加固结构。
通过对监测数据的分析，可以确定裂缝的产生原因，并设计出相应的修复和加固方案，并监测这些措施的效果。
6. 结论裂缝监测方案是建筑安全管理的重要组成部分。
通过利用传感器技术和无线传输数据，可以实现对裂缝的实时监测和数据分析。
这种方案可以帮助工程师和建筑师及早发现和解决潜在的安全问题，确保建筑结构的稳定和安全。
通过以上的裂缝监测方案，工程师和建筑师可以更有效地进行日常监测和管理工作。
对于地震频发地区，裂缝监测更是不可或缺的一项工作。
只有通过及早发现和监测裂缝的变化，才能尽早采取措施，避免潜在的安全隐患。
裂缝监测方案应该得到广泛的推广和应用，以保障建筑结构的稳定和安全。
裂缝监测实施细则
裂缝监测实施细则一、背景介绍裂缝监测是对建造物、土地或者其他结构中的裂缝进行定期观测和记录的过程。
裂缝的形成可能是由于地质活动、结构变形或者其他因素引起的。
裂缝监测的目的是及早发现裂缝的变化，并采取相应的措施进行修复和加固，以确保结构的安全性和稳定性。
二、监测方法1. 定点测量法：在裂缝的两端或者裂缝附近设置测点，使用测距仪或者测量仪器进行定期测量，记录裂缝的长度和宽度。
测量应在相同的季节和时间进行，以便进行准确的比较分析。
2. 建造物变形监测法：通过在建造物的不同部位安装测点，使用变形测量仪器对建造物的位移进行监测。
这种方法可以更全面地了解建造物的变形情况，并及时发现裂缝的变化。
3. 土壤监测法：通过在土壤中埋设测点，使用土壤应变仪或者土壤位移仪器进行监测。
这种方法可以了解土壤的变形情况，从而判断土壤的稳定性和对建造物的影响。
三、监测频率1. 定期监测：根据结构的重要性和裂缝的情况，制定定期监测计划。
普通情况下，每半年进行一次监测是比较合理的，以便及时发现裂缝的变化。
2. 特殊情况监测：在发生地震、暴雨等自然灾害或者重大施工活动时，应加强对裂缝的监测，以便及时评估风险并采取相应的措施。
四、监测记录和报告1. 监测记录：对每次监测的结果进行详细记录，包括测量日期、测点位置、裂缝长度和宽度、建造物位移等数据。
记录应准确、清晰，并保存在监测档案中。
2. 监测报告：定期编制监测报告，对监测结果进行分析和评估，并提出相应的建议和措施。
报告应包括监测的目的、方法、监测结果、分析和评估、建议和措施等内容。
五、监测结果分析和处理1. 裂缝变化的评估：根据监测数据和分析结果，评估裂缝的变化趋势和稳定性。
如果裂缝的变化超过了安全范围，应及时采取相应的措施进行修复和加固。
2. 修复和加固措施：根据裂缝的原因和变化情况，制定相应的修复和加固方案。
修复和加固措施应由专业工程师进行设计，并按照像关标准和规范进行施工。
3. 监测结果的应用：监测结果可用于评估结构的安全性和稳定性，为建造物维护和管理提供依据。
微地震监测新技术及新方法
微地震事件识别技术
5.微地震反演模型的建立 波动正演的特点是能够在不同的介质条件下，对波场传播过程中的 相位、振幅、频率等变化规律进行准确的模拟，真实的反映波的动 力学特征。一般情况下，基于波动方程的正演方法能够适应各种复 杂模型，本书中采用迭代法射线追踪的方法建立模型。
第九页，共23页。
• 缺点：适用于反演的模型参数比较少的情况，否则当模型参数的 数目比较多时，相应要搜索的模型点的数目也会急剧增加；此外， 进行分层次的网格搜索可以减少搜索的总数，并使搜索达到较高 的精度，但是当初始搜索的网格过于稀疏时，有可能将搜索导向 错误的点附近，而且当失配函数出现多个极小值时，上述的错误 引导的可能性会大大增加。
不涉及导数等其它辅助信息的计算，经过不断的选择、交叉、变异操作，既能使优 秀的个体得到最大限度的继承选择，又能通过不断的交叉使个体更加的趋于优秀； 同时，变异又能产生新的个体，丰富了解搜索的范围，对于实际微地震反演个体来 说，反演结果准确，方法适应性好，但是其对算法中的一些参数的设定的依赖性较 强，需要结合实际进行不断实验，才能得到最优的反演结果。因此结合网格搜索法 和遗传算法的优势，对于搜索法的反演结果从解的概率分布角度进行分析，得出真 解的分布区间。据此，设定遗传算法的参数，对于微地震事件进行反演，大大提高 了计算的速度和精度，对于准确的定位微地震事件具有重要的意义。
微地震事件识别技术
• 迭代法射线追踪 • 通过计算透射波、反射波、折射波时差规律及振幅特征，可以对
微地震记录中有效事件的识别、处理、反演进行指导。在给定的 速度结构下，通过模拟对应微地震事件的走时特征，识别有效事 件，对干扰进行处理，既能为有效事件的自动识别提供依据，又 可以保证反演计算的精度，因此，对于精确的微地震定位技术的 发展具有非常重要的意义。
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第一章 1.1 人工裂缝监测方法
人工裂缝监测有多种方法：示踪剂方法、电位法、 地倾斜方法等等。
示踪剂方法滞后，可靠性受监测井的周围分布井 所在位置限制；电位法受气候、深度限制，且需较多 的测点，测区范围局限；地倾斜方法也受深度限制， 且与覆盖层厚度、品质有关，需较多的测点，测区范 围局限；只有微地震方法即时，控制范围大，适应面 广，近年来在国际上得到广泛的应用。使用微地震方 法，近年来取得了一些令人瞩目的成就。我们参照国 际上的先进经验，发展了自己独立的观测系统，在不 同领域的应用中，也取得了可观的成绩。
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第一章 1.2 微地震人工裂缝监测原理
摩尔-库伦准则可以写为：
Τ≥ τ0 +(S1+S2-2 P0)/2+(S1–S2)cos(2φ)/2
(1)
τ= (S1–S2)sin(2φ)/2
(2)
(1)式左侧不小于右侧时发生微地震。式中，τ是作用在裂缝面
上的剪切应力；τ0 是岩石的固有无法向应力抗剪断强度，数 值由几兆帕到几十兆帕，沿已有裂缝面错断，数值为零；S1， S2 分别是最大，最小主应力；P0是地层压力；φ是最大主应 力与裂缝面法向的夹角。由式(1)可以看出，微震易于沿已有
裂缝面发生。 这时τ0为零，左侧易于不小于右侧。P0增大， 右侧减小，也会使右侧小于左侧。这为我们观测注水，压裂
裂缝提供了依据。
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第一章 1.2 微地震人工裂缝监测原理
该监测系统采用6分站，无线传输，主站分析实时定位 系统。监测压裂或高压注水时出现的微震点分布，用微震点 分布描述裂缝形态。
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前言
整个项目包括: 深井、深埋式、嵌入式的硬件 系统;电路及无线传输系统，计算机分析记录系统； 及配套软件(附录3、4、5、6)。
该系统可以在井下几百米进行深井监测，也可 以在地面监测。
在现场实时监测，显示裂缝监测结果的同时， 记录下全部原始波形数据。原始波形数据可以由自 动识别程序再分析，分析结果可以与实时监测结果 对比，检测分析结果的重复性。也可以以不同速度 复现监测结果，再分析微地震出现过程。
4.1 人工裂缝监测
4.2 人工裂缝转向监测
4.3 注水前缘监测 4.4 采油波及区监测
4.5 对井井底连通监测 4.6 核废料处理过程中的章 实例应用
5.1 辽河曙2-3-33井人工裂缝监测结果及分析 5.2 中原油田卫357井压裂转向监测 5.3 华北油田注水监测 5.4 对井井底连通实例 5.5 核废料处理监测 5.6 堵水、调剖前后的微地震监测 5.7 爆破压裂监测 5.8 二氧化碳压裂监测
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第六章 可靠性检验
6.1 复测井监测结果 6.2 本技术可靠的最直接证明 6.3 对比监测实例
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附录
附录1 电路原理图 附录2 电路图 附录3 程序使用说明 附录4 设备外观图
附录5 相关的理论文章
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8
前言
在现有研发水平上，参照国际先进水平，研发人 工裂缝实时监测系统。该系统的研究目标是：参照国际 上的最新研究成果，以监测微地震方法，现场即时给出 人工裂缝形态(方位，长度，参考性高度，产状)及延伸 过程。为油田压裂设计，压裂质量判断，注水前缘分析 提供及时依据。
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第一章 1.2 微地震人工裂缝监测原理
压裂或高压注水时，由于地层压力的升高，根据摩尔库伦准则，沿着裂缝边缘会发生微地震。实际微地震的 频段从几十到几百周，相当于-2至-5级地震。一般来说， 震级越小，频率越高。我们仪器的工作频段为50-200周， 仅取较大的微地震(-2级)。记录这些微地震，并根据微地 震走时进行震源定位，由微地震震源的空间分布可以描 述人工裂缝轮廓。微地震震源空间分布在柱坐标系三个 坐标面上的投影，可以给出裂缝的三视图(俯视图、侧视 图、前视图)，分别描述人工裂缝的长度、方位、产状及 参考性高度。与其它方法相比，该方法即时，方便，适 应性强，为国际上的同行广泛使用。
目录
前言 第一章 人工裂缝监测原理 第二章 地震波传播理论 第三章 裂缝尺度讨论与置信度分析 第四章 实际应用领域 第五章 应用实例 第六章 可靠性检验 第七章 吐哈油田注水、压裂监测 第八章 结语 附录
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1
第一章 人工裂缝监测原理
1.1 人工裂缝监测方法 1.2 微地震人工裂缝监测原理 1.3 微地震源定位
该项工作于2001年1月份启动，2001年6月份进入 现场，2001年10月份取得第一次成功观测，提出项目 的改进目标。2001年10月至2001年12月份根据观测中 发现的问题改进硬件，2002年2月份改进后的软件观测 成功。之后，完善软件功能，2002年6月分项目完 成,2002年8月分项目通过评审验收,整个项目研制历时 二十个月(项目验收评委及意见见附录1、2)。
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第二章 地震波传播理论
2.1 裂缝扩展机制
2.2 微地震信号强度预测
2.3 微地震信号识别 2.4 软件功能
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第三章 裂缝尺度讨论与置信度分析
3.1 测试裂缝与进水裂缝比较
3.2 置信度分析
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第四章 实际应用领域
自本系统开发成功以后，我们在不同领域成功地应用了这项技术。
微地震震源以走时方法定位，假定自震源发出的微地震 信号以直线传入地震检波器，把弧线传播途径拉直为一条直 线，以方便油田使用。这一假设是测试误差的主要来源。
由于随深度的减小，波速降低，近地表的地震波传播途 径与地面趋于垂直。由于P波的振动方向沿传播途径，S波的 振动方向与传播途径垂直。因此，P波的振动方向垂直于地面， S波的振动方向平行于地面。
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前言
经历时二十个月，紧跟国际先进水平的攻关研 究，双方认为，该项研究达到了预期目标，完成了 自动识别，实时监测和后自动处理压裂和高压注水 所形成的人工裂缝的完整硬﹑软件系统。
该系统于2001年12月进入现场，经6个月的磨 合与改进，通过实时监测与后自动处理对比；同一 口高压注水井连续二次监测结果的对比(相隔仅一小 时)；监测结果与现场其它资料的对比；监测结果与 开发效果的对比。我们认为：该系统监测结果可靠， 重复性好。研究达到了国外同类研究的水平。