Оценивание времени вступления сейсмической волны

007881 Область техники Настоящее изобретение относится к способу вычисления расчетного времени вступления сейсмической или микросейсмической Р- или S-волны на приемную станцию к средству обработки данных для осуществления способа оценки и к носителю данных, содержащему считываемое компьютером программное средство для осуществления указанного способа, когда он выполняется на компьютере. Предшествующий уровень техники Типичное сейсмическое или микросейсмическое событие создает сигналы, соответствующие как Рволне, так и S-волне. Эти отдельные сигналы проходят через среду с различными скоростями. Для широкого класса пород земной коры отношение скоростей Р-волны и S-волны хорошо известно и не изменяется в значительной степени. Безусловно, во многих случаях априори невозможно получить точную скорость S-волны, и поэтому распределение скорости S-волны для района, представляющего интерес, часто получают в предположении постоянного отношения при наличии распределения скорости Р-волны. Поэтому на практике для распределений двух скоростей сейсмических волн в пределах объема, представляющего интерес, указывается приблизительно постоянное отношение друг к другу, даже когда значения скоростей обоих типов изменяются. Обычный способ оценивания местоположения и времени (в значениях координат х, у, z и начала(t0) отсчета времени), в которое сейсмическое или микросейсмическое событие произошло, включает в себя позиционирование нескольких приемных станций, содержащих геофоны или аналогичные элементы, на различных местах в зоне охвата, и измерение времен вступлений создаваемых Р- и S-волн на каждую из указанных станций. После того как вступление каждой волны на каждую станцию зарегистрировано (то есть выбрано на основе сейсмических данных, зарегистрированных на рассматриваемой станции), делают предположение о местоположении и времени начала сейсмического или микросейсмического события, а известные или предполагаемые скорости Р- и S-волн используют для вычисления моментов времени, в которые Р- и S-волны достигают каждой станции, допуская, что это предположение было правильным. Эти вычисленные времена вступлений, основанные на предполагаемом местоположении и времени начала, затем сравнивают с зарегистрированными временами вступлений (которые, как отмечалось выше, основаны на сейсмических данных, действительно зарегистрированных), а местоположение и время начала корректируют с помощью математической обработки, известной как метод наименьших квадратов, так что конечное расчетное положение и время начала события оказываются наилучшим образом согласованными в смысле наименьших квадратов с зарегистрированными временами вступлений волн на станции. Хотя указанный выше способ обычно считается наилучшим способом определения местоположения события из доступных в настоящее время, надежность и точность определения местоположения данного сейсмического или микросейсмического события, регистрируемого в определенной сети, сильно зависит от точности и надежности выбора времени вступления. В некоторых случаях качество сейсмических данных может вообще затруднить идентификацию отдельного времени вступления. Если выбранное время вступления очень неточное или еще хуже, тип волны неверно идентифицирован (например,когда Р-волна выбрана как S-волна или обмен волны с Р на S выбран как S-волна), итоговое расчетное местоположение и время начала события, вероятно, будут значительно отличаться от истинных местоположения и времени. Кроме того, обработка местоположения методом наименьших квадратов означает,что влияние одного неправильного измерения времени распространяется и проявляет себя во всех остальных каналах и в итоговом несоответствии положения, что делает невозможной идентификацию неверного снятого значения. Краткое изложение существа изобретения Согласно одному аспекту настоящего изобретения предложено средство обработки данных для вычисления расчетного времени вступления сейсмической или микросейсмической Р- или S-волны на приемную станцию, содержащее процессор данных, выполненный с возможностьюa) вычисления расчетного времени начала сейсмического или микросейсмического события, генерирующего Р- и S-волны, на основе отношения скоростей Р- и S-волн и зарегистрированных времен вступлений Р- и S-волн на другую приемную станцию, а не на ту приемную станцию, для которой должно быть вычислено расчетное время вступления Р- или S-волны,b) вычисления расчетного времени вступления Р- или S-волны на основе отношения скоростей Р- иS-волн, вычисления расчетного времени начала события и, когда расчетное время вступления Р-волны должно быть вычислено, вычисляется выбранное время вступления S-волны на приемную станцию, для которой подсчитывается расчетное время вступления Р-волны, или, когда расчетное время вступления Sволны должно быть вычислено, вычисляется выбранное время вступления Р-волны на приемную станцию, для которой подсчитывается расчетное время вступления S-волны. Процессор данных может быть выполнен с возможностью вычисления расчетных времен вступлений как для Р- , так и для и S-волн на приемную станцию. Предпочтительно, чтобы процессор данных был выполнен с возможностью вычисления большого количества расчетных времен вступлений Р- и/или S-волн на приемную станцию на основе большого количества расчетных времен начала для микросейсмического события, вычисленных по выбранным-1 007881 временам вступлений Р- и S-волн на большое количество других приемных станций, а не на той приемной станции, для которой должны быть вычислены расчетные времена вступлений. Процессор данных может быть дополнительно выполнен с возможностью отображения выбранных времен вступлений и расчетных времен вступлений во взаимосвязи друг с другом, так что может быть проанализирована кластерная картина времен вступлений. Когда требуется именно этот анализ, процессор данных также может обеспечивать возможность отображения информации, касающейся вычисления любого конкретного расчетного времени вступления, в ответ на выбор пользователем указанного расчетного времени вступления. Предпочтительно, чтобы процессор данных был выполнен с возможностью вычисления одного или нескольких расчетных времен вступлений для Р- и/или S-волн на каждую приемную станцию в сети приемных станций, при этом для каждой приемной станции необходимое расчетное время или времена начала вычисляются по выбранным временам вступлений Р- и S-волн на одну или несколько других станций в указанной сети. В некоторых случаях для процессора данных может потребоваться, чтобы пользователь выбрал времена вступлений для Р- и S-волн на различные приемные станции путем исследования сейсмических данных, зарегистрированных на каждой станции, и затем снабдил процессор данных выбранными временами вступлений. Альтернативно, процессор данных может быть выполнен с возможностью получения сейсмических данных от приемных станций и выполнения на основе указанных сейсмических данных выбора времен вступлений для Р- и S-волн на каждую приемную станцию. В тех случаях, когда может быть выбрано несколько возможных времен вступлений волны на приемную станцию (либо пользователем, либо самим процессором данных), процессор данных может быть выполнен с возможностью сравнения указанных возможных времен вступлений с любыми оценками,вычисленными для времени вступления указанной волны на указанную станцию, чтобы определить, какое из возможных выбранных времен вступлений наиболее вероятно соответствует истинному времени вступления указанной волны на указанную станцию. Процессор данных может быть дополнительно выполнен с возможностью выбора или изменения одного из указанных возможных времен вступлений,чтобы получить в итоге выбранное время вступления, которое на основе указанного определения представляется наиболее правдоподобно соответствует истинному времени вступления указанной волны. Альтернативно, процессор данных может быть выполнен с возможностью отображения, какое из возможных времен вступлений должно быть выбрано или изменено, чтобы получить в итоге выбранное время вступления, которое на основе указанного определения наиболее правдоподобно соответствует истинному времени вступления. Согласно другому аспекту настоящего изобретения предложен носитель данных, содержащий считываемое компьютером программное средство, чтобы компьютер мог функционировать в качестве средства обработки данных, согласно изобретению. Согласно еще одному аспекту настоящего изобретения предложен способ вычисления расчетного времени вступления сейсмической или микросейсмической Р- или S-волны на приемную станцию, при этом способ содержит следующие этапы:a) вычисление расчетного времени начала сейсмического или микросейсмического события, генерирующего Р- и S-волны, на основе отношения скоростей Р- и S-волн и выбранных времен вступлений Ри S-волн на другую приемную станцию, а не на ту приемную станцию, для которой расчетное время вступления Р- или S-волны должно быть вычислено,b) вычисление расчетного времени вступления Р- или S-волны на основе отношения скоростей Р- иS-волн, вычисление расчетного времени начала события и, когда расчетное время вступления Р-волны должно быть вычислено, вычисляется выбранное время вступления S-волны на приемную станцию, для которой подсчитывается расчетное время вступления Р-волны, или, если расчетное время вступления Sволны должно быть вычислено, вычисляется выбранное время вступления Р-волны на приемную станцию, для которой подсчитывается расчетное время вступления S-волны. Следовательно, согласно настоящему изобретению предложено средство для получения одной или нескольких оценок времен вступления Р- и/или S-волн на одну или несколько приемных станций без необходимости первоначального определения местоположения сейсмического или микросейсмического события. Полученные таким путем расчетные времена вступлений могут быть использованы различным образом. В тех случаях, когда сейсмические данные, зарегистрированные на станции, не могут быть интерпретированы с достаточной надежностью, чтобы осуществить выбор, оценка времени вступления может быть использована вместо значения, выбор которого не выполнен. В тех случаях, когда имеется несколько приемных станций, может быть вычислен разброс расчетных времен вступлений, чтобы снабдить пользователя информацией, достаточной для идентификации возможных неудовлетворительных выбранных значений до попытки определить местоположение события. Такие разбросы оценок также могут быть использованы для анализа распределения и отношения скоростей Р- и S-волн в части процесса автоматического определения местоположения и/или для оценки неопределенности выбора. Ниже описан предпочтительный вариант осуществления изобретения. Согласно описываемому варианту средство обработки данных содержит выполняемое на компью-2 007881 тере программное обеспечение для вычисления необходимых расчетных времен начала и вступления(хотя равным образом это может быть осуществлено с помощью подходящего аппаратного обеспечения) путем использования определенных алгоритмов, вывод и применение которых поясняются ниже. Если предположить, что сеть приемных станций (каждая из которых может быть сейсмическим многокомпонентным приемником, описанным, например, в GB-A-2275337) развернута в изотропной среде произвольной сложности с постоянным или почти постоянным отношением скоростей Р- и S-волн,расстояние (D) микросейсмического события от станции может быть выражено в виде и/или где Vs - скорость S-волны; Vp - скорость Р-волны; Тр - время вступления Р-волны на станцию; Ts время вступления S-волны на станцию; и То - время начала микросейсмического события, создающего указанные Р- и S-волны. Умножение двух уравнений дает и/или Исключив D, расстояние до источника, получим одно уравнение Группировка всех членов, включающих в себя То, время начала, дает где Vp/Vs представляет собой отношение скорости Р-волны к скорости S-волны, которое будем обозначать как R. Подстановка R вместо Vp/Vs приводит уравнение к виду Теперь мы имеем оценку времени начала землетрясения в членах времен (Тр и Ts) вступлений Р- иS-волн на станцию и отношения R между полями скоростей Р-волны и S-волны. В этом уравнении R присутствует дважды, и для его преобразования с тем, чтобы R фигурировало только один раз, можно добавить члены +Тр и -Тр в числитель уравнения Разделение членов числитель приводит к виду Теперь можно исключить член (R-1) из первой части правой стороны уравнения После окончательного преобразования получают Поэтому, когда времена вступлении Р- и S-волн на станцию могут быть выбраны с относительно высокой степенью определенности, и при наличии модели среды с постоянным отношением скоростей,на основании данных этой станции можно получить оценку времени начала события, основанную только на выбранных временах вступлений Р- и S-волн и на предполагаемом отношении полей скоростей Р- и Sволн. Отметим, что для этих уравнений не требуется знание действительного местоположения микро-3 007881 сейсмического события или полей скоростей для Р- и S-волн. В случае, когда станция, для которой получают выбранные времена вступлений Р- и S-волн, обозначена как станция 1, можно добавить нижний индекс 1, чтобы показать, что эти члены применяются к станции 1, чтобы получить где To1 - время начала, оцениваемое путем использования результатов измерений времени на станции 1. Точно так же, если времена вступлений были выбраны для другой станции, обозначенной как станция 2, можно добавить нижний индекс 2, чтобы получить Полученное в предположении изотропной среды отношение полей скоростей остается постоянным для обеих станций. Однако времена начала, вычисленные по данным станций 1 и 2, должны быть идентичными, поскольку одно и то же событие генерирует волны, регистрируемые на обеих станциях. Поэтому в условиях, когда выбор S-волны для станции 2 невозможен или точность выбора представляется неопределенной, так что желательно получить оценку для времени вступления S-волны на станцию 2, то она может быть получена путем подстановки То 2 вместо To1 и Tse2 вместо Ts2 в уравнение (2) где Tse2 обозначает оценку для времени вступления S-волны на станцию 2. Отметим, что для вычисления расчетного времени вступления S-волны на станцию 2 требуются только выбранные Р- и S-волны со станции 1 (чтобы вычислить To1), выбранная Р-волна со станции 2 и предполагаемое постоянное отношение R. Точно так же, когда желательно получить оценку для времени вступления Р-волны на станцию 2, ее можно получить путем подстановки в уравнение (2) То 2 вместо To1 и Тре 2 вместо Тр 2-4 007881 где Тре 2 расчетное время вступления Р-волны на станцию 2. Отсюда следует, что, когда выбранные Р-волна и S-волна для станции 2 получены, процесс, описанный выше, может быть обращен, чтобы получить оценки для выбранных Р-волны и S-волны для станции 1. Действительно, используя указанный выше процесс, по данным каждой станции, для которой получены выбранные Р-волна и S-волна, можно вычислить расчетное время вступления для Р- и/или Sволн на другую станцию в сети (предполагая, что время вступления Р- или S-волны, не будучи оцененным, выбрано для указанной станции). Поэтому для сети из шести станций в случае, если выбранные Р- и S-волны получены для каждой станции, пять расчетных времен вступлений для каждой волны на каждую станцию также можно вычислить. Если выбор не может быть сделан для времени вступления одной волны на одну из станций (вследствие того, что время вступления волны не может быть идентифицировано по сейсмическим данным), то одно из пяти расчетных времен вступления для указанной волны на указанную станцию (или среднее из них) может быть использовано для последующего определения местоположения микросейсмического события. Точно так же, если все выбранные значения получены, но одно из выбранных значений существенно отличается от истинного времени прихода (опять вследствие трудности идентификации истинного времени вступления по зарегистрированным данным), то оценки, осуществляемые на основании неудовлетворительного выбранного значения, будут существенно отличаться от других оценок, в которые не включено неудовлетворительное выбранное значение, что позволяет идентифицировать и скорректировать неудовлетворительное выбранное значение (или на самом деле, заменить оценкой) до определения местоположения. Здесь имеется отличие от попытки исследовать аномалии канала, создаваемые при выполнении процесса определения местоположения, чтобы идентифицировать неудовлетворительное выбранное значение, поскольку каждая аномалия канала находится под влиянием всех выбранных значений, используемых при определении местоположения, а также отношения распределений скоростей Р- иS-волн и трех измерений времени. Расчетные времена вступлений, которые получают, также могут быть использованы для повышения состоятельности выбора времен вступлений. Если предположение постоянства отношения скоростей Р- иS-волн справедливо, то все расчетные времена вступлений для волны должны образовывать плотный кластер вокруг выбранного времени вступления для волны. Если такая кластерная картина не наблюдается, то имеются три причины, по которым это может случиться: 1) предположение постоянства отношения скоростей Р- и S-волн не верно для рассматриваемой области,2) используемое отношение скоростей Р- и S-волн неверно,3) одно или несколько выбранных времен вступлений не соответствуют действительности в значительной степени. Причины (1) и (2) связаны с распределением скоростей. Если причиной является причина (1), то ее можно легко устранить путем изменения скорости Р- или S-волны, пока не будет достигнута хорошая кластеризация. Если причиной является причина (2), то отношение скоростей Р- и S-волн можно изменять до установления оптимального отношения, при котором обеспечивается наилучшая кластеризация вокруг группы многочисленных измерений времени от многих событий. Поэтому процесс оценивания времен вступлений, описываемый в настоящей заявке, также может быть применен для оптимизации распределения скорости. Обычно это относится к скорости S-волны, которая хуже всего разрешается, и поэтому в большинстве случаев она будет скоростью, которую необходимо изменять, чтобы получить оптимальное отношение скорости и структуры. Можно провести различие между причинами (1) и (2),заключающееся в том, что когда причина (2) действует (т.е. когда отношение является постоянным, но неподходящим), то наряду с оцененными выбранными значениями наблюдается хорошая кластеризация,но не вокруг выбранных времен вступлений. Когда действует причина (1), этот эффект будет менее уловимым, а оцененные выбранные значения не будут образовывать кластер той же самой протяженности. На практике это труднее идентифицировать, но в большинстве случаев изменения отношения скоростей Р- и S-волн в пределах конкретного района, вероятно, будут небольшими, так что в большинстве случаев они будут эффектом второго порядка. После того как местоположения многочисленных событий определены, на основе полученных данных можно исследовать взаимосвязь между местоположениями и отношением скоростей Р- и S-волн. В большинстве случаев действие причины (3) не вызовет образования кластерной картины. Чтобы помочь пользователю определить, какие станции дают неудовлетворительную оценку выбранных времен вступлений, математическое обеспечение позволяет пользователю выбрать любую из отображаемых оценок, используя мышь или клавиши управления курсором, и в ответ на это выделяется станция, что позволяет уточнить результат. Таким образом, при выполнении программы на компьютере пользователь определяет станцию с худшими выбранными значениями. Кроме того, этот процесс можно повторять до тех пор, пока кластеризация расчетных и измеряемых выбранных значений не даст удовлетворительных результатов. Программа, выполняемая на компьютере, также может быть рассчитана на использование оцененных выбранных значений, как часть процесса автоматического определения местоположения. Как указа-5 007881 но выше, удовлетворительное выбранное значение может быть идентифицировано, исходя из того, что оно имеет вокруг себя кластер оцененных выбранных значений. Во время процесса автоматического измерения времени в компьютере обычно сначала производится отбор нескольких возможных выбранных значений для времени вступления волны на станцию. При использовании указанного выше процесса формирования оценок для каждого выбранного значения и анализа кластеризации оценок вокруг каждого возможного автоматически выбранного значения может быть разработана программа для исключения возможных автоматически выбранных значений, которые с меньшей вероятностью соответствуют истинному времени вступления. В программе также можно использовать степень кластеризации для принятия решения, если волна выделена достаточно хорошо, о целесообразности сохранения и использования в последующем процессе определения местоположения. Когда оценивание неопределенности или точности выбранного значения является трудным и субъективным процессом, то можно также использовать расчетные времена вступлений, чтобы получить показатель неопределенности выбранного значения. Каждое расчетное время вступления содержит два других времени вступления. Например, время вступления S-волны на станцию n включает в себя следующие выбранные значения: где Tp1 обозначает выбранное время вступления для Р-волны на станцию 1; Ts1 обозначает выбранное время вступления для S-волны на станцию 1; Трn обозначает выбранное время вступления Р-волны на станцию n и т.д. Из приведенного описания должно быть понятно, что Трn является постоянной величиной во всех этих оценках. Поэтому разброс в оценках Tsn будет функцией неопределенности выбора при выборе Р- и S- волн для каждого канала. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Средство обработки данных для вычисления расчетного времени вступления сейсмической или микросейсмической Р- или S-волны на приемную станцию, содержащее процессор данных, выполненный с возможностью вычисления расчетного времени начала сейсмического или микросейсмического события, генерирующего Р- и S-волны, на основе отношения скоростей Р- и S-волн и выбранных времен вступлений Р- иS-волн на другую приемную станцию, а не на ту приемную станцию, для которой должно быть вычислено расчетное время вступления Р- или S-волны,вычисления расчетного времени вступления Р- или S-волны на основе отношения скоростей Р- и Sволн, а также расчетного времени начала события и, когда расчетное время вступления Р-волны должно быть вычислено, вычисляется выбранное время вступления S-волны на приемную станцию, для которой подсчитывается расчетное время вступления Р-волны, или, когда расчетное время вступления S-волны должно быть вычислено, вычисляется выбранное время вступления Р-волны на приемную станцию, для которой подсчитывается расчетное время вступления S-волны. 2. Средство обработки данных по п.1, отличающееся тем, что процессор данных выполнен с возможностью вычисления расчетных времен вступлений как для Р-, так и для S-волн на приемную станцию. 3. Средство обработки данных по любому из пп.1 или 2, отличающееся тем, что процессор данных выполнен с возможностью вычисления большого количества расчетных времен вступлений Р- и/или Sволн на приемную станцию на основе большого количества расчетных времен начала для микросейсмического события, вычисленных по выбранным временам вступлений Р- и S-волн на большом количестве других приемных станций, а не на той приемной станции, расчетные времена вступлений на которую должны быть вычислены. 4. Средство обработки данных по п.3, отличающееся тем, что процессор данных дополнительно выполнен с возможностью отображения выбранных времен вступлений и расчетных времен вступлений во взаимосвязи друг с другом, так что может быть проанализирована кластерная картина времен вступлений. 5. Средство обработки данных по п.4, отличающееся тем, что процессор данных выполнен с возможностью отображения информации, касающейся вычисления любого конкретного расчетного времени вступления, в ответ на выбор пользователем расчетного времени вступления. 6. Средство обработки данных по любому из предшествующих пп.1-5, отличающееся тем, что процессор данных выполнен с возможностью вычисления одного или нескольких расчетных времен вступлений для Р- и/или S-волн на каждую приемную станцию в сети приемных станций, при этом для каждой-6 007881 приемной станции необходимое расчетное время или времена начала вычисляют по выбранным временам вступлений Р- и S-волн на одну или несколько из других станций в указанной сети. 7. Средство обработки данных по любому из предшествующих пп.1-6, отличающееся тем, что процессор данных выполнен с возможностью получения сейсмических данных от приемных станций и выбора времен вступлений для Р- и S-волн на каждую станцию на основе указанных сейсмических данных. 8. Средство обработки данных по любому из предшествующих пп.1-7, отличающееся тем, что, когда могут быть выбраны несколько возможных времен вступлений для волны на приемную станцию,процессор данных выполнен с возможностью сравнения указанных возможных времен вступлений с любыми оценками, вычисленными для времени вступления указанной волны на указанную станцию, чтобы определить, какое из возможных выбранных времен вступлений наиболее вероятно соответствует истинному времени вступления указанной волны на указанную станцию. 9. Средство обработки данных по п.8, отличающееся тем, что процессор данных дополнительно выполнен с возможностью выбора или изменения одного из возможных времен вступлений, чтобы получить в итоге выбранное время вступления, которое на основе указанного определения наиболее соответствует истинному времени вступления указанной волны. 10. Средство для обработки данных по п.8, отличающееся тем, что процессор данных выполнен с возможностью отображения, какое из возможных времен вступлений должно быть выбрано или изменено, чтобы получить в итоге выбранное время вступления, которое на основе указанного определения наиболее соответствует истинному времени вступления. 11. Носитель данных, содержащий считываемое компьютером программное средство для адаптации компьютера к функционированию в качестве средства обработки данных по любому из пп.1-10. 12. Способ вычисления расчетного времени вступления сейсмической или микросейсмической Рили S-волны на приемную станцию, заключающийся в том, что вычисляют расчетное время начала сейсмического или микросейсмического события, генерирующего Р- и S-волны, на основе отношения скоростей Р- и S-волн и выбранных времен вступлений Р- и Sволн на другую приемную станцию, но не на ту приемную станцию, для которой расчетное время вступления Р- или S-волны должно быть вычислено,вычисляют расчетное время вступления Р- или S-волны на основе отношения скоростей Р- и Sволн, расчетное время начала события и, когда расчетное время вступления Р-волны должно быть вычислено, вычисляют выбранное время вступления S-волны на приемную станцию, для которой расчетное время вступления Р-волны вычисляется, или, когда расчетное время вступления S-волны должно быть вычислено, вычисляют выбранное время вступления Р-волны на приемную станцию, для которой расчетное время вступления S-волны должно быть вычислено.